Deras forskning kan göra återvinning av metaller från batterier säkrare

En ökad global energiförbrukning och strävan efter att ställa om till mer hållbara energisystem leder till ökad efterfrågan att kunna lagra energi − till exempel i batterier. Samtidigt ökar också behovet av att återvinna de metaller som används i batterier, såsom koppar, kobolt, litium och mangan. Dessa material är avgörande för den gröna omställningen och flera av dem är listade i EU:s förordning över kritiska råvaror.

Kritiska råvaror definieras som ”råvaror av stor ekonomisk betydelse för EU, med hög risk för leveransbrott på grund av att källorna är koncentrerade och att det saknas bra och prismässigt överkomliga ersättningsprodukter alternativ”. Till exempel levererar Kina 100 procent av EU:s behov av tunga sällsynta jordartsmetaller. EU strävar därför efter att diversifiera och säkra tillgången av kritiska råvaror – och där spelar återvinning en viktig roll.

Batterier kräver metaller med hög kvalitet

Tillverkning av batterier och andra tekniska produkter med höga kvalitetskrav kräver ofta rena metaller. För att återvinningen av metaller ska vara både effektiv och lönsam måste de därför separeras och renas från de från uttjänta batterierna innan de kan användas igen. 

I vissa fall kan också renade råmaterial med hög kvalitet främja utvecklingen av mer miljövänliga produkter. Tidigare förlängdes till exempel livslängden hos engångsbatterier genom att tillsätta kvicksilver till zinkelektroden. Om man använder zink av högre renhetsgrad kan man i dag tillverka lika hållbara batterier utan att använda kvicksilver.

– Om vi inte separerar och renar materialen under återvinningen kommer kvaliteten successivt att försämras. Då riskerar vi att till slut stå med material som inte går att använda för avancerade tillämpningar och hela poängen med återvinningen går förlorad, säger Mark Foreman, universitetslektor på institutionen för kemi och kemiteknik vid Chalmers.

Alternativ för existerande produktionslinjer

Lösningsmedelsextraktion är en vanlig metod för att separera och rena metaller inom batteriåtervinning, såväl som inom gruv-, kärnkrafts- och annan processindustri (mer om metoden i faktarutan nedan). Där används idag mest lösningsmedel som tillverkas från fossila råmaterial.

– I vår studie ville vi visa att man kan använda förnybar biomassa, till exempel restråvaror från träindustrin, för att tillverka alternativa lösningsmedel. I detta fall handlar det om två aromatiska föreningar som dessutom skulle kunna fungera direkt i existerande produktionslinjer inom industrin, säger Daniel Keywan Hoffmann, doktorand och förstaförfattare till studien.

Studien visar att de aromatiska föreningarna fungerar lika bra som vanliga kommersiella alternativ för att extrahera flera viktiga metaller – och att de dessutom skulle kunna användas direkt i existerande industriella produktionslinjer.

– Det är dyrt för industrin att bygga om fabriker eller investera i ny infrastruktur för att hållbarhetsanpassa verksamheten. Om man kan använda samma processer och utrustning men byta till säkrare råvaror blir steget mot förändring betydligt mindre – och billigare, säger Daniel Keywan Hoffmann.

Säkrare att hantera de aromatiska ämnena

Vid storskalig metallåtervinning används stora mängder lösningsmedel. Därför är också säkerhetsaspekterna viktiga. I studien visade forskarna att de två testade aromatiska föreningarna har högre flampunkter och lägre avdunstning än fler av de alternativ som används kommersiellt. Det innebär både lägre brandrisk och mindre exponering för farliga ämnen för personal som arbetar i återvinningsanläggningar.

Till skillnad från de vanligaste kommersiella kemikalierna kan de nya aromatiska ämnena inte heller bilda neurotoxiner när de bryts ner. Neurotoxiner är ämnen som skadar eller stör hjärnan och nervsystemets funktion. Många vanliga lösningsmedel som används inom batteriåtervinning omvandlas till neurotoxiner i människor och djur.

– Om vi kan skapa en process med samma prestanda som nuvarande processer, men som minskar riskerna för människor och miljö är det en stor vinst för oss alla, säger Mark Foreman.

"Hoppas att inspirera industrin"

Forskarna betonar att tillverkningsprocesserna behöver optimeras och tillgången på förnybara råvaror måste öka för att processerna ska bli kostnadseffektiva.

– Vi hoppas att vårt arbete kan inspirera industrin att tänka i nya banor. Hållbara alternativ behöver inte innebära att man börjar om från början. I många fall kan det räcka att byta ut vissa kemikalier, säger Daniel Keywan Hoffmann.