Arkiv / Teknik

Återanvändning: The golden years for car and bus batteries?

Creative commons license

Idag anses ett elbilsbatteri ha nått ’end-of-life’ när ungefär 20-30% av den initiala kapaciteten har använts: dvs. 70-80% av kapaciteten återstår. Är det för tidigt att gå i ’pension’, eller ska de få fortsätta jobba? Att återanvända batterierna passa även in i ett cirkulärt tänk med att utnyttja jordens resurser på ett effektivt sätt. Kostnaderna skulle även kunna reduceras genom att sälja batteriet vidare på något sätt.

Det finns ett otal projekt världen över kring återanvändning av uttjänta fordonsbatterier: start-uppföretag med eller utan samarbete med en fordonstillverkare. De flesta projekten rör batterier i fastigheter eller som back-up, men även vid datalagring och i snabbladdningsstationer. En review-artikel som publicerades i höstas ger en bild över det mesta som publicerats inom området [1]. Återvinning av Li-jonbatterier beskrivs från ett ekonomiskt, tekniskt och miljömässigt perspektiv. Många industriella R&D-projekt finns med på en översiktlig basis.

Det som man ska ha i åtanke är att det egentligen inte finns en marknad för återanvända fordonsbatterier, utan att finns en marknad för stationära energilager. Ett sätt att tillfredsställa denna marknad är så länge priset är attraktivt, säkerheten tillräcklig och med en för kunden acceptabel livslängd.

Enorma mängder uttjänta batterier förväntas

Bloomberg New Energy Finance har analyserat den förväntade mängden uttjänta fordonsbatterier. De menar att det blir allt mer brådskande att hitta sätt att återanvända batterierna då det globalt förväntas finnas ungefär 3,4 miljoner uttjänta EV-batterier år 2025, jämfört med ca. 55 000 under 2018. [2]

Kina har under 2018 infört regler som gör fordonstillverkarna ansvariga för uttjänta elbilsbatterier. Batteritillverkarna är även tvungna att producera batterier på ett sätt som gör att man kan plocka ur batteripacken på ett standardiserat och lätthanterligt sätt för att hjälpa fordonstillverkarna med återvinningen. [3,4]

Även många europeiska och amerikanska fordonstillverkare försöker skapa en eftermarknad för sina batterier och försöker hitta inkomstkällor för återanvändning. Detta skulle kunna vara ett sätt att få ner kostnaderna för en elbil, enligt Bloomberg.

År 2050 kommer olika företag att ha investerat cirka 550 miljarder USD i energilager för bostads-, industri- och nätlagring, enligt Bloomberg New Energy Finance. [2]

Marknadspotential inte försumbar

Med den ökade utbredningen av elfordon, kraven på återvinning och höga utvecklingskostnader för elfordon är frågan för fordonsföretagen hur man ska hantera uttjänta batterier. Återvinningen är inte så väl utbredd, dyr och med ett tappat förädlingsvärde av de aktiva cellmaterialen. I väntan samlas stora ekonomiska värden på hög.

Circular Energy Storage har analyserat marknadspotentialen av dessa högar. Den globala marknaden för uttjänta Li-jonbatterier (dvs. alla batterier, inte bara från xEV) värderades ifjol till 1,3 miljarder USD: ca. 85% genom återvinning av material och ca. 15% genom återanvändning. Ungefär 70% av andrahandsmarknaden härrör från Kina och näst störst är Sydkorea med en marknadsandel på 16%. [5]

Till 2025 väntas marknaden för batteriåtervinning öka till 3,5 miljarder USD. Då väntas andrahandsmarknaden stigit kraftigt till hela 4,2 miljarder USD. Konsumentbatterier väntas hamna i återvinningsloopen, medan fordonsbatterierna väntas återanvändas pga den höga kvarvarande kapaciteten (och livslängd). Om vi talar om GWh istället för pengar, förväntas 42 GWh av uttjänta fordonsbatterier år 2025 användas i olika stationära energilager världen över. [5]

Utmaningar att gå från fordon till annan applikation

Att återanvända uttjänta fordonsbatterier i andra applikationer är inte en lätt historia. Man kan helt enkelt inte plocka ut ett batteri ur en bil och stoppa in det i t.ex. en fastighet. Före ett batteri kan återanvändas måste ett antal steg göras. Batterierna ska samlas in, och förmodligen rengöras. Den kvarvarande kapacitet ska bestämmas; på packnivå, modulnivå eller på cellnivå. Det sista steget kan röra sig om att plocka isär batteripacket i moduler eller rent av separera ut enskilda celler. Modulerna/cellerna ska sedan eventuellt sammanfogas i nya batteripack. Beroende på den nya applikationen kan det finnas vinster att sammanfoga moduler/celler med så lika beteenden som möjligt. Kanske det rent av måste göras ytterligare tester?

Idag har varje fordonstillverkare sin egen design och batterierna ser totalt olika ut: olika cellstorlekar, olika kemier (NCA, NMC, LFP), olika konfigurationer (serie- och parallellkopplingar), olika moduldesigner, olika kylsystem, olika ytterhöljen och form, olika styrenheter, osv. Alla dessa aspekter bör beaktas om återanvändning i bredare bemärkelse ska göras. Och ska man sedan tjäna pengar på det gäller det att tänka till. Sedan kommer det ju hela tiden nya uppdateringar av batteripacken så det gäller att ha en flexibel andrahandsdesign… Att kombinera celler med olika kemier, olika kapacitet och från olika tillverkare är inte att rekommendera om du vill ha ett system som håller och är säkert. Tänk dig att du i en tävlingsroddbåt kombinerar en konståkare, en brottare, en höjdhoppare och en jockey – inte lär det laget vinna över en båt med enbart ”roddare”…

Kvantiteten av uttjänta fordonsbatterier måste beaktas när man drar upp affärsstrategierna när det kommer till grad av automation, specialisering och urvalsprocesser. Här saknas det till mångt och mycket standarder: hur definiera karakteristik och gränssnitt/kontaktdon, etc. Många av processtegen för återanvändning (och återvinning) görs manuellt då det ofta saknas märkning av pack/modul, vilket mer eller mindre krävs för en automatiserad process.

Alla dessa olika alternativ och kombinationer gör att det kan finnas osäkerheter kring ett affärsupplägg, både ekonomiskt och tekniskt, och ger en stor variation av lösningar. Många hävdar att återanvändning är tekniskt svårare än att utveckla ett batteri för en första applikation. Om strategin för ett återanvändningsföretag är att fokusera på en batterimodell från en fordonstillverkare skapar man troligtvis nischmarknader.  

Garantifrågan: State-of-health

För att öka konkurrenskraften och utvidga möjligheterna med återanvända fordonsbatterier bör man ha en djup förståelse för batteriernas status. Att mäta kvarvarande kapacitet i ett batteri är enkelt, men att förstå hur länge batteriet kan användas i en ny applikation är mer komplicerat. Här behövs ökad förståelse för åldringsförlopp och även testerna bör utformas så att celler/moduler lättare kan klassificeras.

Slitaget i en ny applikation kan bli antingen kraftigare eller snällare än i fordonet. Hur batteriet tidigare har använts spelar mycket stor roll för hur väl det kan användas i en ny applikation. Så vem vågar lämna några garantier? Om ja, till vilken kostnad?

Man behöver troligtvis omprogrammera batteriets styrenhet för den nya applikationen och avgörande kan då vara att ha tillgång till historiken. Det sistnämnda är inte en trivial fråga, men kan underlättas genom ett JV med en OEM eller att OEMerna själva blir leverantör av andrahandsbatterier.

Myndigheterna en viktig spelare för standardisering

Riskerna för kunderna/konsumenterna kring återanvändning är främst kopplade till avsaknaden av standarder och inte sällan kundernas bristande kunskap om återanvända batterier. Även många pågående forskningsprojekt trycker på avsaknad av regelverk och standarder [6,7].

Regelverken och ansvarsfrågorna är än så länge i princip bortglömda för återanvändning av uttjänta fordonsbatterier. Vem får installera ett uttjänt fordonsbatteri i en fastighet? Måste det göras av en fackman, eller kan man som privatperson göra jobbet själv? (liknelsen badrumsrenovering – försäkringsbolag). Krävs det tillstånd? Speciell utbildning? Vad säger producentansvaret? Får man sälja vidare? Får man installera på alla tänkbara ställen? Vad säger försäkringsbolagen? osv. Listan kan göras lång. Sedan tillkommer märkningen som nämndes ovan.

Referenser

[1] Battery second life: Hype, hope or reality? A critical review of the state of the art. E.Martinez-Laserna, I.Gandiaga, E.Sarasketa-Zabala, J.Badeda, D.I.Stroe, M.Swierczynski och A.Goikoetxea, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 93 (2018) 701-718

[2] Where 3 Million Electric Vehicle Batteries Will Go When They Retire.BNEF. länk

[3]  China drafts rules to track electric car battery output, use.Reuters. 17 maj 2018. länk

[4]The toxic business of ‘recycling’ China’s car batteries leads to illegal dumping, pollution and poisoned water. SCMP. 16 nov 2018. länk

[5] Second-life EV battery market to grow to $4.2 billion by 2025. PV Magazine.3 aug 2018.  länk

[6] Identifying barriers to innovation länk

[7] Sustainability Assessment of Second Life Application of Automotive Batteries (SASLAB). JRC. 2018. länk