Återvinning av uttjänta litiumjonbatterier: en översikt från 2023

Förbränning av fossila bränslen påverkar miljön. Beroende på bränsle och förbränningsförhållanden bildas bland annat koldioxid, vatten, kolmonoxid samt kväve- och svaveloxider. Flera av föroreningarna är skadliga för hälsan, medan koldioxidutsläppen bidrar till den globala uppvärmningen. Här följer en översikt över batteriåtervinning och exempel från 2023.

Omställningen från fossila bränslen ökar efterfrågan på batterier. En historisk prognos som återgavs i originalartikeln angav att den globala batterimarknaden skulle växa från 112 miljarder US-dollar 2021 till 424 miljarder 2030. Det är en äldre prognos, inte uppmätt omsättning 2023. Den omfattade bland annat litiumjon-, zink-mangandioxid-, bly-, nickelmetallhydrid-, nickelkadmium-, natriumsvavel-, nickelzink- och flödesbatterier samt små förslutna blybatterier.

I den prognosen stod litiumjonbatterier och blybatterier för de största andelarna; övriga tekniker delade på resten.

Av prognosens 424 miljarder US-dollar för 2030 angavs cirka 257 miljarder för litiumjonbatterier och 121 miljarder för blybatterier. Räknat på dessa avrundade tal motsvarar det cirka 60,6 respektive 28,5 procent, tillsammans 89,2 procent. Återstående tekniker stod därmed för ungefär 10,8 procent, inte 13 procent.

Var används dessa batterier?

Litiumjonbatterier används i bärbar konsumentelektronik som mobiltelefoner och datorer samt i de flesta batterielektriska bilar och laddhybrider.

Blybatterier har lägre specifik energi än litiumjonbatterier och kan tappa prestanda i kyla. Deras låga kostnad och etablerade teknik gör dem ändå användbara, bland annat för startfunktioner, reservkraft och hjälplaster. Livslängd och effektivitet beror på konstruktion och användning.

Nickel‑metallhydrid‑batterier används i datorer och medicinsk utrustning och är också betydande i hybridfordon. Med den stadiga ökningen av användningen av elektroniska produkter och den kontinuerliga ökningen av marknadsandelen för elfordon kommer användningen av batterier utan tvekan att öka.

Batterier har en begränsad livslängd. När de inte längre fungerar för sitt ursprungliga ändamål behöver de bedömas för återanvändning eller lämnas till lämplig insamling och återvinning. Uttjänta celler innebär därför en växande utmaning i en elektrifierad värld.

Batteriers brukslivslängd: en kort översikt

Batterier kan skilja sig åt i kapacitet, användningsplats och material de är sammansatta av. Varje faktor spelar en roll för hur länge ett batteri bör hålla. Den mest populära batterikategorin är litium‑jon. Och elfordon är den användningskategori som använder dessa batterier i stor skala.

Elbilsbatterier bygger på samma breda batterifamilj som många telefon- och datorbatterier men har andra konstruktioner och styrsystem. Litiumjontekniken erbjuder hög energi i förhållande till vikt och volym, hög verkningsgrad och låg självurladdning. Temperaturkontroll är viktig: hög temperatur är inte generellt gynnsam utan kan påskynda åldrandet.

Elbilsbatterier består av samverkande celler, ofta hundratals eller tusentals beroende på konstruktionen; alla paket har inte över 2 000 celler. National Grid beskrev 2022 en förväntad livslängd i bilen på omkring 15–20 år och 100 000–200 000 engelska mil, cirka 160 000–320 000 kilometer. Detta är uppskattningar, inte en garanti för varje batteri. Livslängden påverkas bland annat av kemi, temperatur och användning.

Riskerna med att kassera defekta battericeller

Enligt den amerikanska miljömyndigheten EPA kan de flesta uttjänta litiumjonbatterier omfattas av reglerna för antändbart och reaktivt farligt avfall enligt RCRA. Hushåll har ett rättsligt undantag, men det undanröjer inte brandrisken. Även till synes urladdade batterier kan ha kvar farlig energi. De ska lämnas till lämplig batteriinsamling, inte läggas i hushållssoporna eller den vanliga materialåtervinningen.

Skadade celler kan läcka elektrolyt och medföra brand- och kemikalierisker. Litiumjonbatterier ska inte blandas ihop med batterier som innehåller metalliskt litium. För skadade batterier bör hanteringen följa tillverkarens och mottagarens anvisningar. Återvinning behövs också för att ta till vara värdefulla material och minska miljöbelastningen.

En studie från 2013 undersökte 16 mobiltelefonbatterier med standardiserade laktester och riskbedömningar. Den fann höga halter av bland annat aluminium, kobolt och koppar. I studiens litiumjonprover var blyhalten i lakvätskan i genomsnitt 6,29 mg/L, med standardavvikelsen 11,1 mg/L, jämfört med gränsen 5 mg/L. Det är ett provresultat från dessa batterier, inte en generell blyhalt för alla dagens elbilsbatterier.

I samma undersökning jämfördes totalhalter med kaliforniska gränser: kobolt i genomsnitt 163 544 mg/kg (standardavvikelse 62 897; gräns 8 000), koppar 98 694 mg/kg (28 734; gräns 2 500) och nickel 9 525 mg/kg (11 438; gräns 2 000). Resultaten gällde de undersökta proverna. Batterikemin varierar; exempelvis innehåller litiumjärnfosfatkatoder inte kobolt eller nickel.

Studien rapporterade också överskridanden av kaliforniska lakningsgränser för krom, bly och tallium i undersökta prover. Sådana resultat visar möjliga hälso- och miljörisker, medan återvinning även minskar förlusten av material och behovet av ny råvaruutvinning.

Klicka här för att lära dig allt om batteritekniken.

Hur återvinns uttjänta battericeller?

Felaktig hantering av uttjänta battericeller kan orsaka kortslutning, brand och utsläpp av giftiga gaser. Därför behöver återvinningen ske med lämplig utrustning och kontrollerade processer.

Effektiv återvinning kan både minska föroreningar och ge en sekundär källa till kritiska material. Forskare vid det amerikanska energidepartementets Oak Ridge National Laboratory presenterade i november 2023 en sådan laboratoriemetod för litiumjonbatterier.

Laboratoriemetoden använder citronsyra löst i etylenglykol för att laka ut och separera metaller ur använt katodmaterial. Citronsyra förekommer naturligt i citrusfrukter, men etylenglykol är hälsofarligt. Detta är en kontrollerad kemisk återvinningsprocess, inte en anvisning för att blötlägga hela batteripaket hemma. Katoden är batteriets positiva elektrod vid urladdning.

ORNL beskrev katoden som en kostsam komponent som i det aktuella sammanhanget kunde stå för över 30 procent av batterikostnaden. I försöket lakades nästan allt kobolt och litium ut utan att nya föroreningar tillfördes. Därefter kunde över 96 procent av kobolten återvinnas på några timmar, utan ytterligare kemikalier för manuell justering av surhetsgraden. Utlakning och återvinning är två olika resultat, och försöket var inte ett mått på hela batteripakets kommersiella återvinningsgrad.

Enligt Lu Yu, den ledande forskaren i projektet:

”Det är första gången ett och samma lösningssystem har fyllt funktionerna både för utlakning och återvinning.”

Metoder som denna behöver vidareutvecklas för industriell användning. Samtidigt arbetade flera företag redan 2023 med återvinning av uttjänta litiumjonbatterier. Följande är historiska exempel.

1. American Battery Technology Company

American Battery Technology Company (ABAT ) har utvecklat ett slutet kretslopp för batteriåtervinning för att separera och återvinna kritiska material från batterier som närmar sig slutet av sin användbara livslängd. Deras insatser stannar dock inte vid separation och återvinning.

Företaget beskriver en process som även renar återvunna metaller till batterikvalitet. Enligt ABTC är målet att undvika högtemperatursmältning, begränsa utsläpp och avfall samt hålla kapitalbehovet nere. Dessa är företagets beskrivningar av teknikens fördelar, inte belägg för att hela verksamheten saknar all miljöpåverkan. Kapaciteten ska anpassas till mängden tillgängligt batteriavfall.

I rapporten för första kvartalet av räkenskapsåret 2024, som publicerades den 15 november 2023 och avsåg perioden till den 30 september 2023, beskrev ABTC starten av sin första kommersiella återvinningsanläggning. Den nominella kapaciteten var 20 000 ton per år vid full upptrappning, inte redan uppnådd årlig genomströmning.

ABTC hade då slutit avtal om fyra DOE-stödda projekt, två tidigare och två nya, med cirka 70 miljoner US-dollar i kontrakterat federalt stöd. Bidragen ersatte stödberättigande kostnader och var inte en ovillkorlig engångsutbetalning. Aktien började handlas på Nasdaq den 21 september 2023.

Originalartikeln från 2023 angav en aktiekurs på 3,99 US-dollar och ett börsvärde över 188 miljoner US-dollar. Dessa är historiska uppgifter; kursmodulerna kan visa senare priser.

2. Lithion Technologies

Lithion Technologies producerar hållbart strategiska material från Li‑ion‑batterier. Dess teknik kan återvinna upp till 95 % av komponenterna i dessa batterier.

Lithion kombinerar mekanisk framställning av ett koncentrat av kritiska material med hydrometallurgisk behandling. Företaget har uppgett en återvinning av mineralkoncentrat över 98 procent i sin beskrivning av processen. Olika steg och material har olika utbyten. Bland de berörda materialen finns litium, kobolt, nickel, grafit och mangan; allt blir inte samma slags slutprodukt.

Lithion angav i sitt samarbete med GM 2022 att en livscykelanalys, med Québecs elmix, visade över 75 procent lägre växthusgasutsläpp och över 90 procent lägre vattenanvändning än vid gruvutvinning av batterimaterial. Det är företagets process- och jämförelsespecifika uppgifter, inte en garanti för all återvinning.

I april 2022 fick Lithion 22,5 miljoner kanadensiska dollar i finansiering från Québecs regering: 15 miljoner i en kapitalinvestering genom Investissement Québec och 7,5 miljoner i bidrag från Fonds d’électrification et de changements climatiques.

3. Ecobat

Originalartikeln beskrev Ecobats historiska nätverk med 65 000 insamlingspunkter samt omkring 15 000 kunder eller medlemmar och uppgav 120 miljoner återvunna batterier per år. Dessa tal avsåg företagets breda batteriverksamhet, framför allt blybatterier, inte enbart litiumjonbatterier eller ett verifierat aktuellt utfall.

I originalartikeln nämndes också 100 insamlingsfordon och 11 smältverk. Detta är historiska uppgifter och betyder inte att alla anläggningar behandlade litiumjonbatterier. Ecobats uppgifter om cirka 99 procents återvinningsbarhet gällde blybatterimaterial. Företaget uppgav att över 80 procent av det återvunna blyet återfördes till batteritillverkning; detta är inte en generell återvinningsgrad för litiumjonbatterier.

Ecobat beskrev sig som en ledande global batteriåtervinnare med fokus på en cirkulär ekonomi. Enligt företagets uppgifter återvann blybatteriverksamheten 70 miljoner bilbatterier under 2021.

4. Cirba Solutions

Cirba Solutions samlade Battery Solutions, Heritage Battery Recycling och Retriev Technologies och beskrev omkring 60 års sammanlagd erfarenhet. Verksamheten omfattade batteriinsamling, logistik, materialåtervinning och bearbetning av litiumbatterier.

Företaget behandlar flera batterikemier, både med och utan kobolt. Originalartikeln angav en sammanlagd behandling av över 36 miljoner pund litiumjonbatterier under mer än 30 år. Det är en historisk kumulativ uppgift, inte en årlig volym eller ett aktuellt verifierat totalvärde.

Den 9 februari 2023 genomförde Marubeni en minoritetsinvestering i Cirba på 50 miljoner US-dollar. Detta var en specifik investering 2023, inte nödvändigtvis företagets senaste finansieringsrunda.

Uttjänta battericeller: framtida behov

Den växande användningen av elfordon och elektronik ökar behovet av batteriåtervinning. En äldre prognos som citerades i originalartikeln förutsåg att efterfrågan på litiumjonbatterier skulle öka nästan sjufaldigt mellan 2022 och 2030, till 4,7 TWh år 2030. Det är ett prognosvärde, inte uppmätt efterfrågan.

Originalartikeln beskrev Kina som innehavare av över tre fjärdedelar av den globala tillverkningskapaciteten vid den tiden, samtidigt som Nordamerika och Europa planerade expansion. Detta är en historisk marknadsbild. Samordnade insatser behövs för att återvinningen ska bli tillgänglig och hållbar och för att minska föroreningar och resursförluster.

År 2023 hade Kina regler om producentansvar för hantering av fordonsbatterier vid slutet av deras livslängd. EU hade också krav på insamling och materialåtervinning. Vilka skyldigheter som gäller beror på jurisdiktion och tidpunkt.

Återanvändning kan ge lämpliga batterier en andra användningsperiod före materialåtervinningen. Ett exempel är energilagret vid Johan Cruijff ArenA i Amsterdam, som togs i drift 2018. Det kombinerar motsvarande 148 nya och använda Nissan LEAF-batterier med 4 200 solpaneler. Systemets effekt är 3 megawatt och energikapaciteten 2,8 megawattimmar; megawatt anger inte lagrad energimängd. Jämförelsen med laddning av omkring en halv miljon iPhone-enheter är en illustration som beror på telefonernas batterikapacitet, inte en garanti för reservkraftens varaktighet.

Hållbar hantering av uttjänta batterier kräver samarbete mellan fordonstillverkare, elektronikföretag, återvinnare och offentliga aktörer. Insamling, bedömning för återanvändning och effektiv materialåtervinning är olika delar av samma kretslopp.

Klicka här för att lära dig hur elfordon inte bara kan hjälpa jorden utan också rädda liv.