Circular Economy of Batteries – Production and Recycling

Sista veckan i september gick konferensen Circular Economy of Batteries av stapeln i Göteborg. Trots regn, kyla och kraftiga vindar var närmare 200 personer djupt engagerade i att lära, lyssna, diskutera, argumentera och berika sig kring batterier. Tre dagar fyllda med allt från gruvbrytning, material, celldesign och applikation, till andrahandsanvändning, insamling och återvinning. Stort fokus på Li-jonbatterier och NiMH-batterier, men även en del utblickar om nyare teknologier som än inte kommit på marknaden.
Hela programmet går att ta del av här. Vi har valt ut några presentationer kring resurstillgångar.
I Europa finns alla världens metaller – i vårt avfall…
När vi pratar om metaller och material till Li-jonbatterier är det ofta Kongo, Kina och Bolivia det pratas om. Professor Faouk Tedjar från Nanyang Technological University i Singapore gav deltagarna några andra vinklar på materialtillgångarna i världen och kritiska grundämnen som inte finns med i dagens debatt, en debatt som till största del överskuggas av kobolttillgångarna.
Tenn och silver har vi reserver för ytterligare 17-18 år om vi fortsätter i samma takt (både användning och brytning). Guld finns det för 25 år och bly för 28 år. Blyfria svetsmaterial är därför mycket viktigt att få till. Järnet räcker i ytterligare 440 år. Kan vi göra järn-baserade batterier?
Grafit är även det en bristvara. Av den årliga produktionen går 24% till stålindustrin och enbart 4% till batterier. Dock är grafit ett svårt material att återvinna, blir ju lätt CO2… men det finns lakningsmetoder som skulle kunna gå att använda. Dock behöver cellerna mekaniskt separeras innan kemisk eller termisk bearbetning tar vid. Tillverkning av syntetisk grafit blir då allt viktigare, men än är tillverkningen energikrävande.
I Europa har vi många av de viktiga metaller och andra material som har stor ekonomisk betydelse för Europa, men vi hittar dessa i vårt avfall. Urban mining är något vi måste tänka större kring än vad vi gör idag. Professor Tedjar visade hur många ton av olika litium-källor som behövs för att få ett ton litium: 250 ton malm, 750 ton saltlösning (från saltsjöar), 5.000.000 liter havsvatten, 28 ton Li-jonceller eller motsvarande 240 BEV. Kostnaden är även lägst för ’urban mining’; <1,5 $/kg, enl. siffror Tedjar visar. Dyrast kan det bli att processa havsvatten: 5,0-22 $/kg. Att få litium från saltsjöar eller från gruvor kan, enl. Tedjar, kosta 1,55-4,86 $/kg och han menar att urban mining är konkurrenskraftigt.
Peak phosphorus
Andra viktiga ämnen som är svåra att återvinna är fluor och fosfor, ämnen som är viktiga för Li-jonbatterierna (främst till LiPF6-saltet i elektrolyten). Situationen med fluor är mycket mer kritisk än Li-resurser. Finns bara två vägar: att återvinna eller att sluta använda. I ett Li-jonbatteri är det främst saltet i elektrolyten som innehåller fluor. Förutom i saltet i elektrolyten finns fosfor i Li-järnfosfatceller (LFP-celler). Professor Tedjar gav oss bilden av ’Peak Phosphorus’ där det finns de som anser att vi redan passerat toppen… Trots detta ökar efterfrågan på LFP-material.
Den mesta fosfor vi förbrukar används inom jordbruket och går förlorat i grödorna. Det är dock generellt svårt att återvinna fosfor. Stålindustrin vill inte ha någon fosfor i sina flöden och att återvinna fosfor till jordbruksindustrin är lite som att ’spotta i havet’. Budskapet från professor Tedjar var att försöka sluta kretsen och direkt tillverka nytt LFP-material.
Investeringar i nya gruvor segt
Mark Saxon, från Leading Edge Materials (som bl.a. äger Woxna Graphite i Sverige och prospekterar efter litium norr om Gävle), berättade om hur trögt det är att få investeringar till gruvindustrin. Asiatiska bolag söker metodiskt igenom världen för att finna de råmaterial de behöver, ett tillvägagångssätt som helt skiljer sig från svenska och europeiska företag.
Tyvärr är det väldigt få inom Europa som är intresserade av att investera i metaller och gruvor; annat är det i Kanada och Australien. Av de investeringar som görs i världen går 51% till guld, men bara 3,2% till litium. När man ser var olika metaller finns i världen är det många som verkar finnas enbart i Kina. Så är dock inte fallet. Orsaken är att det investeras mycket i Kina.
Traditionellt har europeiska fordonsföretag aldrig behövt bekymra sig för materialtillgången. Men nu står de kanske inför ett läge där de viktiga materialen inte går att få tag på, i alla fall inte till ett rimligt pris. Detta kan bli ett problem för elbilar då kinesiska bolag styr mer och mer tillgången på kobolt.
Finland vill vara världsledande i cirkulär ekonomi
Av cirka 10.000 idéer kan det bli en gruva – så komplicerat är det. Och sedan måste den gruvan kunna generera enorm avkastning om det överhuvudtaget ska vara värt besväret.
Finland är ett av de länder som satsar stort på gruvor och ett cirkulärt flöde av metaller och andra material. Pertti Kauranen från Aalto University i Helsingfors gav en bra översiktsbild av vad som händer i Finland. Idag kommer 11% av världens kobolt och 4% av världens nickel från Finland (gäller brytning och återvinning sammantaget för båda metallerna).
Finland vill vara världsledande i cirkulär ekonomi och det finns åtminstone två initiativ som rör batterier: Batteries from Finland (BF2) och Future Battery Ecosystem. Återvinning finns givetvis med i loopen. Finland ser ett strategiskt engagemang i European Battery Alliance, som vi skrev om tidigare.
Pertti Kauranen berättade även om projektet BATCircle som startar nästa år där det under två år ska forskas kring hållbar gruvbrytning, materialförfining, tillverkning av aktiva batterimaterial, återvinning och affärsmodeller. Budgeten är på 14-16 M€.
Optimist eller pessimist angående kobolt och litium
Det har väl inte undgått någon att priset på kobolt ständigt stiger och att metallen är en kritisk råvara för Li-jonceller med hög energitäthet. David Simonsson från Chalmers belyste situationen ur ett optimistisk och ett pessimistiskt perspektiv. Oberoende av vilken inställning vi har behöver vi minska användningen av kobolt och återvinning är mycket central.
Samma resonemang fördes angående Li-resurserna. Slutsatserna var att fler gruvor behöver öppnas (eller ökad utvinning från saltsjöar) eller så behöver vi fundera på är nya koncept där resurserna inte är så avgörande: natrium, kalcium, magnesium, osv. Uppskalning av produktionen är dock ett stort frågetecken.
Egna kommentarer
Det var ett brett spektrum av föredrag och med många intressanta vinklingar på batterier och elfordon. Att vi måste fundera på andra lösningar än kobolt-baserade kemier är det nog ingen som missat. Järnbaserade Li-jonbatterier finns ju redan och om vi även ska tänka bort fosfor är det kanske Li-järnsilikat som är ett av alternativen.
Jag tror att vi inom kort kommer se en mycket mer differentierad batterimarknad där fler teknologier finns med. Att NiMH får ett bredare användningsområde och att natrium- och järnbaserade koncept (Na-jon, NiFe, osv.) används och där kostnad, resurstillgång och applikationsanpassning står i fokus.
Resurs- och energieffektiv återvinning är viktig. Urban mining ska vi inte gömma. Så sluta samla på era gamla mobiltelefoner. De kommer med största sannolikhet inte ha något samlarvärde i framtiden, och innehållet gör mer nytta i din kommande mobiltelefon eller dator än i din byrålåda…
Grattis Martina et al. för en inspirerande och väl genomförd konferens!