MIT artikel om Li och Co till batterier

av Magnus Karlström

Forskare från Massachusetts Institute of Technology har gjort bedömningen att den absoluta tillgången till metaller inte kommer begränsa produktionen av litium-jon batterier, men tillfälliga flaskhalsar kan uppkomma [1].

Flaskhalsarna kan uppkomma om inte tillräckligt bra planering görs [1].

Litium och kobolt är de två metallerna som kan få störst problem med flaskhalsar [1,2]. Kobolt har de största riskerna b la att den geografiska koncentrationen av utvinning och produktion av kobolt är så stor [2].

Mängd litium och kobolt i de vanligaste battericellkemierna

Forskarna bedömer att mängd metall för de vanligaste batterikemierna är ungefär (kg/kWh cell) [2]:

Li               Co            Ni         Mn

NCA          0,11            0,143        0,759      0

NMC-111   0,139          0,394        0,392      0,367

NMC-622   0,126          0,214        0,641      0,2

NMC-111 har funnits kommersiellt ett tag och NMC-622 har kommit ut på marknaden nyligen. Cellkemin NMC-811 finns också. Den har bra energiinnehåll samt mindre mängd kobolt (0,09 kg/kWh), men tyvärr gör författarna bedömningen att den inte kommer bli använd i större skala innan 2025.

Kobolt och naturliga grafit är de råmaterialen som utvinns främst i ett land

En sätt att bedöma risker med utbudet för en viktig råvara är undersöka om det går att köpa råvaran från flera länder.

Naturlig grafit kommer idag till 65% från Kina samt kobolt kommer till 50% från Demokratiska republiken Kongo. För grafit finns det dock många potentiella framtida produktionsländer [2].

Litium

Litium kommer huvudsakligen från Australien (ca 40%) samt Chile (35%). Författarna gör också bedömningen att jakten på litiumresurser är ganska omogen och att nya källor till litium hittas hela tiden [2].

Ett land som är beroende av litiumimport är Kina. Kina använder 50% av all litium som används varje år globalt, men utvinner själva bara 7%.

Den samlade bedömningen hos litteraturen är att det finns ingen debatt om det finns tillräckligt mycket litium för batterier utan frågan är om produktionen kan skala upp tillräckligt snabbt [2].

Kobolt

Kobolt produceras huvudsakligen som en samprodukt till nickel och koppar.

Ungefär 50% av all kobolt kommer från nickelutvinning, 35% från koppar, 9% från platinametaller samt ca 6% från utvinning som enbart har som syfte att ta fram kobolt.

Utan kobolt skulle inte koppar brytas i många gruvor. Det går inte att säga att kobolt är en biprodukt till koppar dvs att mängden kobolt som bryts enbart följer efterfrågan på koppar. I Mutanda gruvan står t ex kobolt för ca 40% av intäkter och koppar för resten [2].

Författarna gör bedömningen att kobolt kommer inte begränsas av utvinningen på koppar. Däremot är den politiska stabilitet i Demokratiska republiken Kongo ett riskmoment för utvinningen.

Det är också så att Kina är det huvudsakliga landet som gör om koboltmalm till metallen kobolt.

Ett fördel för kobolt att sedan mitten av 2010-talet handlas metallen på London Metal Exchange (LME). Det ökar transparens och effektiviteten [2]

Hur mycket kobolt kommer behövas till 2025

2016 blev 50 kt Co utvunnen globalt.

För att bedöma mängden kobolt som behövs gör författarna ett scenario med snabb tillväxt samt ett scenario med lägre tillväxt.

För den snabba tillväxten antar de att 10 miljoner BEV blir sålda 2025 samt de har en medelstorlek på batterier på 75 kWh. Blandningen av cellkemier är 2025 50% NMC-622, 35% NMC-111 och 15% NMC-811. För energilagring tror de på 45 GWh/år 2025 samt cellkemin NMC-111. De har också med antaganden hur mycket celler som behövs till andra tillämpningsområden.

Om den snabba tillväxten sker behövs 330 kt mer kobolt utvinnas 2025 och den lägre tillväxten sker behövs 136 kt [2].

Författarna gör bedömning att för den lägre tillväxten så kommer produktionsökningen av kobolt inte vara ett problem, men om den större tillväxten sker kommer det vara en större utmaning.

Tyvärr gör författarna bedömningen att återvinning inte kommer kunna påverka flaskhalsarna så mycket eftersom det tar så lång tid innan batterierna återvinns [2].

De önskar att det tas fram katoder med mindre mängd kobolt [1].

Författarna anser också att bättre marknadsmodeller av kobolt och litium behöver tas fram för att göra bättre framtida prognoser.

Egna kommentar

Helena har skrivit om resursfrågan ett antal gånger. Det kanske inte var så mycket nytt i artikeln, men rapporter från Massachusetts Institute of Technology brukar få stor spridning så jag tänkte sammanfatta vad de gjort.

Det är lite underligt att de inte har med NCA i sina framtida prognoser.

Vi har redan pratat om det i vår podd om batteriåtervinning att kobolt driver återvinning och om det blir mindre kobolt per batteri så kan drivkraften för återvinning minska.

I artikeln i Science Daily säger författarna att bra planering krävs. Det är nog många tillverkare av både batterier och bilar som funderar på hur de ska hantera tillgången på kobolt. VW var ju ute nyligen ute och försökte säkra tillgången över tid.

En del skulle tycka att 10 miljoner BEV (batterielbilar) 2025 inte är ett scenario med tillräckligt stor tillväxt.

Referenser

[1] Analysis: Metal supplies unlikely to seriously hamper battery use. Science Daily. 11 okt 2017. länk

[2] Lithium-Ion Battery Supply Chain Considerations: Analysis of Potential Bottlenecks in Critical Metals. Elsa A. Olivetti, Gerbrand Ceder, Gabrielle G. Gaustad, Xinkai Fu. Joule. Volume 1, Issue 2, 11 October 2017, Pages 229–243. länk

[3] Sam Jaffe. Vulnerable Links in the Lithium-Ion Battery Supply Chain
Joule, Volume 1, Issue 2, 11 October 2017, Pages 225-228. 
länk

[4] EV market trends and outlook. Colin McKerracher. Bloomberg New Energy Finance. länk (b la med en analys hur mycket dyrare batterier blir om kobolt priset ökar)