Återvinning av litiumbatterier

Litiumjonbatterier har en komplex uppbyggnad och består av många olika komponenter.

Det finns två huvudskäl till att återvinna litiumjonbatterier: kostnad och miljö.

Kostnader

Ett hållbart återvinningskoncept kan bidra till att minska beroendet av nyutvunna resurser. Denna marknad kommer att växa i takt med att allt fler elbilar produceras och större kvantiteter uttjänta batterier samlas in för återvinning. Förutom återvinning av uttjänta batterier integrerar många battericellstillverkare återvinningsanläggningar direkt i sina gigafabriker, vilket gör det möjligt för dem att återanvända produktionsavfall i tillverkningsprocessen. Detta tillvägagångssätt stöder inte bara hållbarhet utan fungerar även som en kritisk kostnadsbesparande åtgärd vid storskalig produktion av batterier.

Vid tillverkning av en elbil är batteripaketet den dyraste delen. Den kan stå för upp till 50 % av fordonets totala kostnader, varav merparten härrör från materialet. Det är därför ekonomiskt förnuftigt att återvinna så mycket som möjligt och undvika att behöva köpa in dessa för varje nytt batteri. Dessutom är metallinnehållet i ett litiumjonbatteri ännu högre än i vissa naturmalmer, vilket gör dem värdefulla för ekonomisk återvinning.

Miljöaspekter

Förutom de höga kostnader som är förknippade med att skapa ett nytt batteri finns det även miljöhänsyn, både i början och slutet av batteriets livscykel. De värdefulla metaller som finns i ett litiumjonbatteri, som litium, nickel och kobolt, är ändliga material – och det krävs allt mer. Utan återvinning kommer boomen inom e-mobilitet snabbt att förbruka våra idag kända litiumreserver. Det är desto viktigare att övergången från konventionell till elektrisk mobilitet även sker på ett hållbart sätt och att tillgängligheten till dessa resurser måste säkras på ett sätt som påverkar planeten så lite som möjligt.

Utvinningen av de råmaterial som behövs för att tillverka ett litiumjonbatteri är en mycket miljöintensiv process. Precis som all annan gruvdrift orsakar det irreversibla skador på landskapet och ökar luftföroreningarna. De enorma kvantiteter vatten som behövs för vissa litiumutvinningsmetoder förbrukar även vattenförsörjningen från lokala samhällen och naturen.

När ett litiumjonbatteri har nått slutet av sin livslängd måste det dessutom kasseras på rätt sätt. Materialen i använda batterier kan vara farliga för miljön om de släpps ut. Därför krävs en mycket specialiserad och dyr avfallshanteringsprocess – varefter resurserna går förlorade för alltid. Återvinning, även om det är förknippat med kostnader, kan åtminstone säkerställa att resurserna bevaras och återanvänds. Dessutom minskar återvinningen av batterierna miljöpåverkan genom att fördela gruvdriftens koldioxidavtryck över de många batterier som skapas av de återvunna materialen.

Som förberedelse laddas batteriet ur helt. Därefter kan olika komponenter som hölje, kablar och skruvar demonteras och antingen återvinnas eller återanvändas. Denna demontering säkerställer att hela återvinningsprocessen är så effektiv som möjligt och att de komponenter som är lättare att återvinna kan separeras först. Det finns fyra huvudtekniker som används för att återvinna litiumjonbatterier.

Mekanisk behandling: Med denna metod separeras batterikomponenterna fysiskt och minskas i storlek för att återvinna värdefulla material. Detta sker genom processer som krossning, strimling och siktning.

Hydrometallurgi: Denna process använder lösningsmedel, syror eller andra kemiska reagenser för att lösa upp och selektivt återvinna metaller från batterier. Det inkluderar ofta laknings-, utfällnings- och reningssteg.

Värmebehandling: Denna teknik inkluderar värme i processen för återvinning av litiumjonbatterier. Genom uppvärmningsprocesser kan kemikalier avdunsta, till exempel i destillationsprocessen, som utförs för att separera flytande elektrolyt. Värme kan också användas för att sönderdela vissa komponenter, till exempel för att ta bort plast.

Pyrometallurgi: Denna teknik inkluderar högtemperaturprocesser för att extrahera värdefulla metaller från förbrukade batterier. Det innebär vanligtvis att batterimaterialen smälts eller kalcineras för att återvinna metaller som litium, kobolt och nickel. Processen kan vara energikrävande och frigör gaser som bensen, vätecyanid och formaldehyd som måste behandlas för att förhindra miljöskador.

Elfordon presenteras som den mest miljövänliga lösningen för våra vägar. I den vardagliga körningen är de betydligt effektivare: En elbils koldioxidavtryck är i genomsnitt mindre än en tredjedel per kilometer än koldioxidtrycket för en konventionell bil av samma storlek. Men direkt från fabrik har de faktiskt ett högre koldioxidavtryck än en bil med förbränningsmotor. Detta är resultatet av den komplexa produktionsprocessen för batterier. Den typiska break-even-punkten för CO2-utsläpp – det ögonblick då elbilens koldioxidavtryck är lika stort som en bil med förbränningsmotor – inträffar vid cirka 50 000-80 000 km. Detta varierar beroende på vilken typ av el som används för att ladda bilen: En bil som till exempel laddas med enbart förnybar el har ett lägre koldioxidavtryck än en bil som får sin el från konventionella kraftverk. Andra externa faktorer, som klimat och terräng, påverkar också fordonets totala effektivitet.

Men om batteriet återvinns till sin maximala potential kan miljöpåverkan minskas ytterligare. Återvinningsprocesser som bland annat mekaniska och hydrometallurgiska processer under vakuum enligt beskrivningen ovan kan återvinna cirka 90 % av de värdefulla materialen inuti batteriet. Det innebär att koldioxidavtrycket för produktionsprocessen är betydligt lägre än om nya material används.

Vakuumteknik används både i början och slutet av ett litiumjonbatteris livscykel.

Under tillverkningen av ett litiumjonbatteri används vakuumteknik i olika processer för att blanda och torka slurryn samt för att fylla och täta batterierna. Detta säkerställer en högkvalitativ slutprodukt som uppfyller de standarder som krävs för e-mobilitetsmarknaden.

Läckagetestning är ett kritiskt kvalitetskontrollsteg i batteritillverkningen och säkerställer batteriernas integritet och säkerhet innan de når konsumenterna. Batterierna är hermetiskt förslutna. Detta är viktigt för att förhindra exponering för fukt och luft, som annars skulle bryta ner elektrolyten och orsaka en säkerhetsrisk. Denna process hjälper till att verifiera att batteriet är lufttätt och identifiera defekter i batterihöljen och tätningar. Tillverkare kan därmed säkerställa högre säkerhetsstandarder samt förbättra pålitligheten och livslängden för sina produkter.

När batterierna har nått slutet av sin livscykel har vakuum också en avgörande roll i återvinningsprocessen. Vakuumet ökar säkerheten i processen och säkerställer effektiv separation och hög renhet hos de återvunna materialen.

Vakuum är därför en viktig komponent för att skapa en hållbar, säker och effektiv batterilivscykel.

Litiumjonbatterier är komplexa. De består av en stor variation av olika material som litium, nickel och kobolt. På grund av batteriets konstruktion är dessa material svåra att separera och återvinna på ett sätt som bevarar deras kvalitet och som inte är för dyrt. Ett annat problem är att det inte finns något ”standard” litiumjonbatteri. Storlekar varierar enormt – jämför bara en smartklocka med en elcykel – och teknologin utvecklas fortfarande. Det innebär att det finns stora variationer mellan olika batterier, vilket försvårar återvinningsprocessen.

Dessutom består ett litiumjonbatteri av ett antal olika komponenter, som elektrolyter, separatorer och bindemedel. Detta komplicerar återvinningsprocessen, eftersom dessa nyckelkomponenter måste separeras helt från varandra för att materialets renhet och kvalitet ska bibehållas.

Transport och förvaring spelar också en roll: Skadade eller felaktigt förvarade litiumjonbatterier kan utgöra en brandrisk, vilket gör hantering, transport och förvaring kostnadskrävande. Därför finns det många olika säkerhetsstandarder som kan omfatta test, märke och detaljerade säkerhetsåtgärder för säker förvaring. Dessa har tagits fram för att förhindra olyckor och säkerställa miljösäkerheten. Vid insamling av batterier för återvinning måste dessa standarder beaktas.

Dessutom finns det inte heller någon återvinningsinfrastrukturen på många platser. Till skillnad från batterierna i en bil med förbränningsmotor, där det finns ett utbytesprogram i många länder runt om i världen, är detta ännu inte vanligt för litiumbatterier. Dock utvecklas processer som stöds av vakuum som kan ha återvinningsgrad på över 90 %.

Mer än 90 % av de värdefulla metallerna i ett litiumjonbatteri kan återvinnas och återanvändas. Dessa inkluderar litium, kobolt, nickel och koppar. Den exakta återvinningsgraden beror dock på vilken återvinningsprocess som används. Batteriets övriga delar, som hus, kablar och skruvar, kan också tas bort och eventuellt återanvändas. Icke-metalliska komponenter, som elektrolyten och separatorn, är kan innebära en större utmaning och kan vara svårare att återvinna.

Ja, litiumjonbatterierna i en elbil kan återvinnas. De kan demonteras och bearbetas för att återvinna värdefulla material som litium, nickel och kobolt. En stor del av denna återvinningsprocess utförs under vakuum för att öka effektiviteten och säkerheten. Återvinning har positiva effekter på både kostnader och miljöpåverkan: det är billigare än gruvdrift för nya resurser och mindre miljöintensivt. Allt fler elfordon på vägarna innebär att allt fler litiumjonbatterier når slutet av sin livslängd. Detta leder till att behovet av återvinningsanläggningar ökar snabbt.

Litiumjonbatterier finns överallt. Du använder förmodligen flera elektroniska enheter varje dag som innehåller ett: mobiltelefon, bärbar dator, trådlösa hörlurar, eltandborste, smartklocka – kanske kör du till och med en elbil, elcykel eller åker elbuss till jobbet. Och lika många enheter som används idag, lika många tas ur bruk varje dag. Detta resulterar i ett stort antal batterier som måste kasseras korrekt. I och med e-mobilitetens tillkomst och en ökning av förnybar energi finns det nu allt fler stora batterier i omlopp.

Genom att återvinna komponenterna i ett litiumjonbatteri kan avfallet minskas och värdefulla resurser sparas. Återvinning, även om det är en kostsam process, är ändå mer kostnadseffektiv än gruvdrift för nya råmaterial. Eftersom ett litiumjonbatteri innehåller värdefulla metaller som litium, kobolt och nickel, och ibland i högre koncentrationer än vad som skulle utvinnas ur jorden, lönar det sig definitivt att återvinna batteriet. Litium-gruvdrift är också en resurskrävande process. Genom återvinning kan man spara på andra värdefulla resurser, till exempel vatten. Återvinning gör dessutom ekonomin mer cirkulär – en allt viktigare faktor i dagens värld.

Återvinning av litiumbatterier har ett antal fördelar.

1. Sparar resurser: De grundämnen som finns i ett litiumjonbatteri, till exempel litium, kobolt och nickel, är ändliga och koncentrerade till specifika regioner. Genom att återanvända dem kan vi minska behovet av kontinuerlig gruvdrift, vilket bidrar till att bevara naturresurser och minska riskerna i leveranskedjan.

2.Minskar miljöpåverkan: Brytning efter nya resurser orsakar irreversibla skador på landskapet. Återanvändning av elementen minskar kraven på gruvdrift och minimerar miljöpåverkan från batteriproduktionen. Dessutom löser återvinningen problemet med hur batterierna ska avfallshanteras på rätt sätt: Återvinning gör att detta inte är nödvändigt.

3.Skapar ekonomiska möjligheter: Tillväxten inom återvinningsindustrin för litiumbatterier skapar arbetstillfällen och stimulerar ekonomisk tillväxt i regioner med återvinningsanläggningar. Återvinningsanläggningar är oberoende av naturresurser, vilket innebär att de kan ge möjligheter att komma in på batterimarknaden i regioner utan litiumreserver. Det främjar också innovation inom återvinningsteknologier.

Materialen i ett litiumjonbatteri är mycket flyktiga. Detta innebär att de måste hanteras med särskild försiktighet för att undvika brand, explosion och utsläpp av giftiga gaser.

Genom att utföra krossnings- och strimlingsprocessen under vakuum kan en explosiv atmosfär undvikas. Dessutom förhindrar den att giftiga gaser bildas och frigörs. Eftersom det inte finns något syre förhindras lösningen från att antändas.

Som två medlemmar i Busch Group har vi på Pfeiffer och Busch harmoniserat våra produktsortiment för att ge dig ett större urval. Våra lösningar kompletterar varandra och gör det möjligt för dig att hitta en lösning som passar perfekt för de krav som din process kräver.