Når litiumbatterier dør: Forbedrer vi resirkuleringsvanene våre?

Hvorfor oss?

Ved siden av den menneskelige tragedien i forbindelse med brokollapsen i Baltimore, har det også dukket opp et nytt miljøproblem.

Lasteskipet som kolliderte med en av bropilarene på Francis Scott Key Bridge, var lastet med 764 tonn farlige materialer, blant annet etsende væsker og litium-ion-batterier.

Nødetatene observerte en “glans” på vannet, og som Washington Post skriver, forsøker etterforskerne å finne ut hvilke kortsiktige og langsiktige konsekvenser ulykken vil få for de lokale vannveiene.

Selv om brokollapsen i Baltimore er en hendelse som fortsatt er under etterforskning, er den en påminnelse om risikoen litium-ion-batterier utgjør for miljøet i en verden som ofte behandler dem som engangsartikler.

Det er motstridende opplysninger om hvor stor andel av batteriene som blir resirkulert når de er utslitte – 5% er det drastiske tallet som noen ganger trekkes frem, selv om det ser ut til å være et eldre tall som har sirkulert i mer enn ti år, og som ikke tar hensyn til den økte årvåkenheten rundt resirkulering eller industrien som har vokst frem for å ta vare på verdien av utslitte batterier.

Techopedia har snakket med eksperter på resirkulering av litiumbatterier og bærekraftig forvaltning for å få en forståelse av truslene litiumbatterier utgjør, og hva som gjøres for å forbedre resirkuleringsprosessene for litiumbatterier.

  • Det er en massiv global krise når det gjelder avfall fra litiumionebatterier, og bare en liten andel av batteriene blir resirkulert.
  • Litiumbatterier, som vanligvis havner på søppelfyllinger, er en trussel mot miljøet og kan potensielt forurense jord, luft og vannressurser.
  • Ledende selskaper i sektoren snakket med Techopedia om det presserende behovet for bærekraftig resirkulering, ny teknologi og innovasjon.
  • Oppbyggingen av sirkulære økonomier, og å møte kompleksiteten i reguleringslandskapet er topp-prioriteringer for lederne.

Status for global resirkulering av litiumbatterier og konsekvensene

Litiumbatterisektoren står overfor flere paradokser. Samtidig som sektoren lover å levere rene energiressurser til det globale grønne skiftet, er det ikke til å komme bort fra at utvinning av litium og produksjon av batterier bidrar sterkt til karbonutslipp og energibruk.

Institute for Energy Research forklarer at avfallsbehandling av batterier er en trussel mot miljøet.

“Dersom batteriet havner på en søppelfylling, kan cellene frigjøre giftstoffer, inkludert tungmetaller, som kan lekke ut i jordsmonnet og grunnvannet.”

CAS, en avdeling av American Chemical Society, anslo i 2022 at 8 millioner tonn litium-ion-avfall havnet på søppelfyllinger hvert år.

Techopedia snakket med Elliott Ethridge, visepresident for globalt salg i Ecobat, et ledende globalt resirkuleringsselskap for litiumbatterier, som nylig inngikk et samarbeid med VW om resirkulering av litiumbatterier i sine anlegg.

“Litium-ion-batterier inneholder ofte nikkel, kobolt og mangan, som kan være giftige hvis de ikke håndteres riktig. Når de deponeres, kan disse metallene lekke ut og til slutt påvirke vannforsyningen og lokale økosystemer.”

Ethridge forklarer at den potensielle energien som er lagret i disse batteriene, kan føre til brann når de ikke håndteres på riktig måte.

“Derfor er det avgjørende at disse batteriene gjenvinnes og resirkuleres med riktig behandling og ekspertise. Dette sikrer minimal miljøpåvirkning og gir mulighet til å gjenbruke disse begrensede metallene i batteriapplikasjoner.”

François-Michel Colomar, leder for eksterne relasjoner i Adionics – et cleantech-selskap som spesialiserer seg på direkte utvinning av litium i væske/væske og resirkulering av batterier – har også uttalt seg til Techopedia.

“Resirkulere litiumbatterier lar oss begrense og til og med eliminere risikoen for toksisitet”, sier Colomar.

“Resirkulering vil også åpne døren for “urban mining” og dermed bremse ressursuttømmingen, redusere karbonavtrykket og redusere transportkostnadene, for eksempel for råmaterialer fra gruveland.”

Mangler og hull, muligheter og innovasjon

Research and Markets-rapporten Lithium-ion Battery Market: Trends, Opportunities, and Competitive Analysis to 2030 sier at litium-ion-batteribransjen er inne i en betydelig opptur. Bransjen forventes å øke til anslagsvis 340,4 milliarder USD innen 2030, en vekst som suppleres av en imponerende sammensatt årlig vekstrate (CAGR) på 17,6% i perioden 2024-2030.

Litiumionebatterier er en “sentral bærebjelke i det moderne energilandskapet”, som følge av ny teknologi, nye enheter, tingenes internett, batterilagringsprosjekter og etterspørselen etter elbiler, konkluderer rapporten.

Men til tross for den enorme markedsveksten har bransjen fortsatt store mangler og underskudd knyttet til bærekraft, ansvarlig utvinning og resirkulering.

Vi spurte Ethridge fra Ecobat hva som er de viktigste mulighetene og utfordringene knyttet til resirkulering av litiumbatterier.

“Variabler som kjemi, formfaktor og tilstand bidrar alle til de tekniske utfordringene knyttet til håndtering, lagring og resirkulering av batterier.”

“I tillegg vil lokale, føderale og regionale myndigheters forskrifter påvirke hvordan et batteri må resirkuleres, sier Ethridge. “Til slutt vil markedskreftene påvirke lønnsomheten ved resirkulering.”

“Resirkuleringsbedriftene må være godt kjent med regelverket, ha resirkuleringsprosesser som er agnostiske med hensyn til kjemi og formfaktor, og være i stand til å skalere i riktig tempo for å opprettholde en bærekraftig forretningsmodell på lang sikt.”

Teknologi som gjør batterigjenvinningsprosessene mer effektive, kan gi mange fordeler.

Colomar fra Adionics forklarer at selskapet ønsker å posisjonere seg i markedet for resirkulering av batterier ved hjelp av sin eksisterende teknologi, som er utviklet for å utvinne litium fra naturlig saltlake (lavere CO2-fotavtrykk sammenlignet med gruver i harde bergarter), og samtidig bidra til den sirkulære økonomien.

Colomar forklarer at denne teknologien vil redusere presset på ressursene i litiumtriangelet, redusere avhengigheten til land uten råstoff ved å gjøre det mulig å gjenbruke litium fra brukte batterier, og bidra til positive miljøeffekter.

“Utfordringene er å utvikle en teknologi som gjør det mulig å utvinne mest mulig litium med best mulig kvalitet, slik at litiumet kan gjenbrukes direkte i produksjonen av nye batterier.”

Colomar er enig i at gjeldende lover og regler også er en stor utfordring.

“De regulatoriske og politiske rammene er viktige, og i Europa vil for eksempel reguleringer som fremmer resirkulering, sporbarhet av råmaterialer og et begrenset CO2-fotavtrykk oppmuntre til innsats og investeringer i bransjen.”

Utviklingen av litiumbatteriteknologien

Selv om litiumionebatterier er en veletablert teknologi, er batterienes design, teknologi og komponenter i stadig utvikling og forbedring. I løpet av de siste årene har selskaper og forskere tatt litiumbatteriteknologien til nye nivåer for å forbedre effektiviteten, ytelsen, bærekraften og livssyklusen.

Fra hurtigladende litium-svovelbatterier med høy tetthet til batterier som gir 100% gjenvinning av aluminium og 98% gjenvinning av litium, eller NASAs faststoffbatterier, som erstatter litium og kan doble eller til og med tredoble energiproduksjonen – den moderne batterisektoren er fortsatt i ferd med å finne sin endelige form, og ny teknologi dukker stadig opp.

Ethridge sier at selskaper i hele verdikjeden er opptatt av å forbedre sikkerheten og bærekraften til batterimaterialene.

“Rederiene investerer i spesialcontainere som er utstyrt med brannslukkingsteknologi. Celle- og pakkedesignere utforsker nye designarkitekturer som gjør det mulig å diagnostisere og bytte ut enkeltmoduler.

 

“Metodene for metallgjenvinning optimaliseres både på svart masse- og hydrometallnivå. Og vi utforsker stadig nye, mer bærekraftige batterikjemikalier.”

Teknologien de beste batterigjenvinningsselskapene utvikler

Steve Cotton, administrerende direktør i Aqua Metals – et børsnoterte selskapet (Nasdaq: AQMS) som spesialiserer seg på metallgjenvinning i lukkede kretsløp for å produsere verdens reneste metaller – fortalte Techopedia om sin visjon for batterigjenvinning.

“Miljøtrusselen fra utrangerte litium-ion-batterier er betydelig, men det er mulig å gjøre noe med den.”

“De forventede 6,5 millioner tonn batteriene som blir tilgjengelige for resirkulering mellom 2025 og 2030, understreker det presserende behovet for bærekraftige resirkuleringsmetoder”, sier Cotton.

“Deponering er ikke et levedyktig alternativ på grunn av brannfaren og tapet av verdifulle materialer som kan gjenvinnes og returneres til forsyningskjeden, noe som reduserer behovet for utvinning av nye råvarer.”

Cotton forteller at Aqua Metals nå fokuserer på å utvikle og ta i bruk resirkuleringsteknologier som ikke bare reduserer miljørisikoen, men som også støtter en sirkulær økonomi for viktige batterimaterialer.

“Resirkulering av litium-ion-batterier byr på betydelige muligheter og utfordringer. Ifølge det amerikanske energidepartementet vil resirkulering kunne dekke en tredjedel av landets behov for katodemateriale innen 2030, noe som kan være et raskere og mer bærekraftig alternativ til ny gruvedrift og potensielt integreres i batteriproduksjonsprosessene.”

Cotton sier imidlertid at de dominerende resirkuleringsmetodene, inkludert pyrometallurgi og hydrometallurgi, gir miljø- og sikkerhetsproblemer på grunn av avfallsproduksjon og forurensning.

“Hydrometallurgi kan for eksempel generere mellom 1,65 og 2,4 tonn natriumsulfatavfall per tonn resirkulert batterimasse, noe som understreker behovet for renere resirkuleringsteknologier”, sier Cotton.

Cotton forklarte at teknologien deres har en annerledes tilnærming: Det er en elektrisk drevet, vannbasert prosessteknologi som kan minimere forurensning under resirkuleringen og redusere risikoen forbundet med tradisjonelle resirkuleringsmetoder.

“Det er stadig flere innovative prosjekter som tar for seg løsninger for utrangerte litiumbatterier. For å øke effektiviteten og bærekraften i resirkuleringen av litiumbatterier er det nødvendig med betydelige fremskritt for å løse dagens avfalls- og utslippsproblemer.”

Å imøtegå etterspørselen på resirkuleringsmarkedet

Samtidig som Ecobat utnytter mulighetene som ligger i resirkulering av batterier og arbeider med å åpne nye anlegg i Hettstedt i Tyskland, Casa Grande i Arizona og et tredje planlagt anlegg i Darlaston i Storbritannia, sier Ethridge at etterspørselen etter litiumbatterimaterialer fortsetter å øke.

“Markedet vil kreve en kontinuerlig utvikling av evnen til å produsere, transportere, optimalisere og til slutt resirkulere disse batteriene på en sirkulær måte. Samarbeid i alle ledd av verdikjeden vil være avgjørende.”

Ethridge legger til at denne utviklingen og utviklingen av en sirkulær verdikjede også krever kontinuerlig opplæring om farlige materialer, samtidig som lovgivere og myndigheter forsøker å finne rettferdige og balanserte måter å regulere markedet på for å oppnå bærekraftig suksess.

Colomar fra Adionic forteller til Techopedia at selskapet nå arbeider med en tilpasning av teknologien som gjør det mulig å resirkulere litium før alle andre metaller i batteriet.

“Dette vil gjøre det mulig for oss å øke mengden litium som gjenvinnes (i dag kan noe litium gå tapt i løpet av gjenvinningsprosessen for hvert metall, nikkel, kobolt osv.

Colomar forklarer at denne innovasjonen vil øke renheten til det resirkulerte litiumet, redusere behovet for etterbehandling (raffinering) og bidra til at vi får produkter av batterikvalitet som kan brukes til batteriproduksjon igjen.

“I dag har ikke det resirkulerte litiumet den renheten for batterikvalitet som Gigafactories trenger for å lage litiumbatterier. Derfor brukes litiumet enten til andre formål eller må renses i et ekstra trinn (mer energi, høyere CO2-fotavtrykk).”

Oppsummert

Oppblomstringen av litium-ion-batterier byr på både muligheter og utfordringer. Batteriene er avgjørende for rene energiløsninger og det globale skiftet til grønn energi, men produksjonen av dem og slutten av deres levetid har alvorlige miljøkonsekvenser.

Millioner av tonn havner på søppelfyllinger og kan potensielt lekke giftstoffer, men selskapene i sektoren fortsetter å gjøre fremskritt og ser på nye teknologier som kan fremme og opprettholde en sirkulær økonomi. I tillegg forklarer ekspertene fordelene med statlige insentiver og kompleksiteten i regelverket.

Fremtidens teknologi, som er avhengig av litiumbatterier i alt fra elbiler til datamaskiner og smartenheter, må ta tak i de resirkulerings- og miljøutfordringene som batterier representerer, hvis de skal kunne skape en bærekraftig fremtid.

Relaterte begreper

Ray Fernandez
Senior Technology Journalist
Ray Fernandez
Senior teknologijournalist

Ray er en uavhengig journalist med 15 års erfaring, med fokus på skjæringspunktet mellom teknologi og ulike aspekter av livet og samfunnet. Han begynte i Techopedia i 2023 etter å ha publisert i en rekke medier, blant annet Microsoft, TechRepublic, Moonlock, Hackermoon, VentureBeat, Entrepreneur og ServerWatch. Han har en grad i journalistikk fra Oxford Distance Learning og to spesialiseringer fra FUNIBER i miljøvitenskap og oseanografi. Når Ray ikke jobber, lager han musikk, driver med sport og reiser med sin kone og tre barn.