Forskarna som löser Northvolts tillgång på råvaror

Redan tidigt i arbetet med att starta batteritillverkning för elbilar i Skellefteå insåg Northvolt att planen även måste innehålla en helt ny återvinningslina. Avgörande för litiumjon-batteriernas framtid är att kunna säkra tillgången till råmaterial på ett hållbart sätt. Batterierna innehåller metaller från källor som kommer vara slut inom några decennier. Brytningen av den viktiga metallen kobolt omgärdas av människorättsliga problem som exempelvis barnarbete. Samtidigt skapar dagens kommersiella återvinning stora utsläpp av koldioxid. Den är inte särskilt lönsam heller. Northvolt behövde en världsunik, hållbar teknologi för att lyckas.

– Vi står inför en mycket stor omställning. Industriers råvaruflöden måste bli hållbara och vi måste ta vara på vad vi tar upp ur marken. Återvinning är nödvändigt för att vi ska klara detta, säger Northvolts miljöchef Emma Nehrenheim.

Många universitet kontaktades. Northvolt fastnade för forskarna inom industriell ​materialåtervinning på Chalmers, efter goda erfarenheter av tidigare samarbeten.

– De har väldigt bra förmåga att förstå industrins behov. Processer för återvinning finns visserligen redan, men bara på akademisk nivå. Vi behövde någon som kunde optimera kunskapen för industrin, säger Emma Nehrenheim.

Forskargruppen inom industriell materialåtervinning har varit involverade i en mängd olika industrisamarbeten, och har unik kompetens. Kunskapen kring batteriåtervinning på Chalmers är helt enkelt stor.

– Vi hade en gynnsam utgångsposition. Inom gruppen har vi en väldigt stor samlad erfarenhet kring utvecklingsprocesser för industri, säger Martina Petranikova, forskarassistent som leder samarbetet från Chalmers sida.

Litiumjon-batterier består – förutom av litium – främst av blandningar av grafit, nickel, kobolt, koppar, mangan, aluminium och plast. Idag återvinns materialen främst genom smältning. Då går all litium förlorad i slagget. Det som blir kvar separeras genom vätskeextraktion. Smältning är en väldigt energikrävande metod som dessutom ger mycket koldioxidutsläpp.

Chalmersforskarna använder sig istället av hydrometallurgi. Istället för att smälta batterierna går den energisnåla metoden helt ut på lakning och vätskeextraktion vid relativt låga temperaturer. Processen börjar med att batteriet laddas ur helt, för att därefter krossas. Sen kan beståndsdelarna börja separeras. Järn avlägsnas med magneter. Plast kan blåsas bort. Det aktiva materialet löses upp genom lakning, vilket lämnar grafiten kvar som olösligt sediment. Metaller som koppar, kobolt, nickel och litium befinner sig då i flytande joniskt tillstånd. De kan sen extraheras, en i taget, med hjälp av organiska ämnen skräddarsydda för att binda just en specifik metall. De olika organiska ämnena konsumeras inte i processen utan kan senare återanvändas.

– Utmaningen är att arbeta med riktiga, förbrukade batterier. Det så finns mycket orenheter i dem. Ska vi kunna återanvända exempelvis extraherad kobolt måste den vara helt ren. Det kräver en optimerad process, men vi har kommit långt och är snart där, säger Cristian Tunsu, som utför det mesta laboratoriearbetet.

När projektet är klart senare i höst räknar forskarna med att kunna återvinna det mesta av batteriets åtråvärda metaller: koppar, nickel, litium och kobolt. Frågan är: är kostnaderna rimliga?

– Vi kommer utvärdera processen, men just nu vet vi inte. Det handlar mer om säker tillgång till råmaterialen i det här läget, säger Martina Petranikova.

När det gäller återvinning är det inte bara den direkta lönsamheten som styr. Europeisk lagstiftning kräver producentansvar. Batterierna kommer tillbaka till tillverkaren när de är förbrukade och det är förbjudet att deponera dem. Samtidigt skapar egen återvinning också trygghet i produktionen. Tillgången på råvara säkras.

Projektet avslutas med bygget av en demoanläggning i Northvolts utvecklingslabb i Västerås. Demolinan ska vara klar att an vända vid årsskiftet 2019/2020.

– Det har gått väldigt bra hittills. Martina Petranikova och hennes medarbetare har ett sätt att arbeta som passar industrisamarbeten väldigt bra, och de är mycket bra på att leverera. Vi hoppas att Chalmers även kan följa med i nästa steg, säger Northvolts Emma Nehrenheim.

Hur stor volym förbrukade batterier demoanläggningen kommer hantera beror på hur mycket Northvolt får tag på. Visionen är, enligt Emma Nehrenheim, att så stor del som möjligt i deras batterier på lång sikt kommer från återvunnet material. Det är alltså hög tid för elbilstillverkarna att börja ta sin del av producentansvaret.

– Fram till 2025 kommer bilindustrin ha skapat 12 miljoner batteriförsedda fordon. Varje batteri väger cirka 150 kilo. Det är bara att räkna. Det kommer bli enormt mycket material. Förr eller senare kommer det tillbaka till tillverkarna och då måste teknologin vara på plats, säger Cristian Tunsu.

Text och foto: Mats Tiborn