Hvor miljøvennlig elbilbatterier blir avhenger av gjenbruk
De fleste nye biler i Norge er elbiler. De har svære batterier som er vanskelige å resirkulere. – Vi kan bistå industrien med å lage batterier som er mye lettere å gjenbruke, sier NTNU-forsker.
Elbiler trenger batterier. Dette er en milliardindustri som Norge satser tungt på. For tida bygges fem gigafabrikker i Norge. Alle disse skal lage batterier som brukes i elbiler, og markedet kan bli enormt.
Hvor miljøvennlig dette eventuelt blir, avhenger av hvordan vi løser problemet med gjenbruk.
– Problemet nå er at det går et skille mellom dem som lager batteriene og de som skal resirkulere dem. Batteriene lages unødvendig vanskelig å resirkulere, sier førsteamanuensis og batteriekspert Sulalit Bandyopadhyay ved Institutt for kjemisk prosessteknologi ved NTNU.
Felles for de fire nye fabrikkene er at de skal lage battericeller for batterier.
– Vi kan hjelpe industrien med å lage batterier som er mye lettere å resirkulere, sier førsteamanuensis Bandyopadhyay.
Dette kan fort bli enda mer viktig.
Masterstudent Lejla Buzaljko er del av gruppen som gjør elbilbatterier enklere å gjenvinne. Foto: Per Henning, NTNU
Sterkt voksende marked
Nesten fire av fem nye biler i Norge er elbiler. På verdensbasis er andelen nye elbiler rundt 10 prosent, men den har økt kraftig de siste åra. I fjor kom nesten åtte millioner nye elbiler på veiene.
Men batteriene i alle disse bilene inneholder sjeldne metaller som er både dyrt, til tider vrient og ofte svært lite miljøvennlig å få tak i.
Miljøeffekten av alle disse elbilene kan bli mer tvilsom om vi ikke greier å bruke materialene i batteriene om igjen.
– Vi er nødt til å resirkulere elbilenes batterier i framtida, slår Bandyopadhyay fast.
Illustrasjonen viser hvordan livsløpet til elbilbatterier kan være om vi resirkulerer. Illustrasjon: Sulalit Bandyopadhyay, NTNU
Elbilbatterier kan designes og lages på nye måter som gjør dette mye, mye enklere.
Førsteamanuensisen har jobbet med batterier og gjenbruk i mange år. Betydningen av dette gjenspeiler seg i hvor mye NTNU satser på området.
For få år siden var de bare en gjeng på tre-fire stykker som jobbet med resirkuleringsprosesser ved NTNU. Nå leder pioneren Bandyopadhyay en større gruppe som har dette som sitt fagfelt, og prosjektet HolE-LIB som ser på hvordan litium i batteriene lettere kan resirkuleres.
- Les også: Nå skal litium også gjenvinnes
Økonomi grunn til at elbilbatterier er vanskelige å gjenvinne
Hovedårsakene til at batterifabrikker ikke lager elbilbatterier mer gjenvinningsvennlige allerede er så klart økonomiske.
– Ja, det er dyrere å lage elbilbatterier som er lettere å gjenvinne. Men den dagen regelverket for gjenvinning blir strengere, koster det også penger å bygge om produksjonen, sier Bandyopadhyay.
Han og hans gruppe jobber allerede tett sammen med flere industriaktører, som Hydro, Vianode, Hydrovolt, Glencore Nikkelverk og Morrow.
Trenger mange batterifabrikker
I Norge oppføres for tida fem gigantiske batterifabrikker for elbiler. Disse skal ligge i:
- Mo i Rana. Selskapet Freyr.
- Arendal. Morrow.
- Orkanger. Elinor.
- Stavanger. Beyonder.
- Fredrikstad. Hreinn.
For et par år siden anslo SINTEF at Europa alene trenger 55 nye batterifabrikker før 2030 for å dekke behovet. Før 2050 trengs 600 slike fabrikker i verden.
Vanskelig å bruke elbilbatterier til andre formål
Forskere ved NTNU har også sett på om det er mulig å fikse gamle batterier istedenfor å bare resirkulere dem, og kanskje bruke disse batteriene til andre formål enn biler etterpå.
– Når et elbilbatteri er for dårlig for bilen, er fremdeles 80 prosent av fyllingsgraden i det tilgjengelig, påpeker Bandyopadhyay.
Derfor går det an å tenke seg at batteriene kan brukes på andre områder isteden, som gatebelysning eller ulike formål i husholdningene.
Deltakere i resirkuleringsprosjektet SUMBAT. Førsteamanuensis Sulalit Bandyopadhyay, doktorgradsstudent Hammad Farooq, Muhammad Abdelhamid fra IFE, Jonas Sottmann og Johan Fridner fra Hydro, Per Erik Vullum fra SINTEF og Ibrija Musfique fra Hydro. Foto: Per Henning, NTNU
De to vanligste batteritypene er NMC-batterier som inneholder nikkel, mangan og kobolt, og LFP-batterier som inneholder litium, jern og fosfor.
Av disse er LFP-batterier mer eller mindre uegnet til å bruke til andre formål. NMC-batterier støter også på problemer, for de må uansett gjenvinnes etter at de er brukt til noe annet enn biler en stund. Men de tekniske hindringene er ikke hele problemet.
– Vi kan jo tenke oss at vi skifter ut noen av de defekte battericellene i batteriene som er blitt for dårlige for biler. Deretter at vi bruker disse batteriene til noe annet. Men her er det problemer med jussen og ansvaret for batteriet etterpå. Er det batterifabrikkens ansvar eller den som reparerte cellene? sier Bandyopadhyay.
Metodene blir bedre
– Felles for alle Li-ion-batterier er at de bruker grafitt som anodemateriale. I dag resirkuleres dette ikke, men vi i Vianode har utviklet en metode for å også kunne resirkulere grafitten, sier Gunstein Skomedal, produktsjef for batterimaterialer hos Vianode.
Vianode jobber sammen med blant andre NTNU om resirkulering av grafitt i prosjektet SUMBAT. Dette arbeidet er støttet av Innovasjon Norge, Forskningsrådet og SIVA.
– Dette vil være viktig for at vi i fremtiden kan resirkulere alle de verdifulle materialene i batteriet, sier Skomedal.
Batterigjenvinning er altså et komplisert felt. Men utfordringene må løses om vi skal få full effekt av en omlegging til elektriske biler.
Referanse: Prasetyo, E., Bandyopadhyay, S. (2023). Nickel Matte as Novel Reductant in Galvanic Leaching of Spent Lithium-Ion Battery Black Mass. In: , et al. New Directions in Mineral Processing, Extractive Metallurgy, Recycling and Waste Minimization. TMS 2023. The Minerals, Metals & Materials Series. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-22765-3_13
