Därför väljer Northvolt beprövad teknik för litiumfabriken

2022-01-04 06:01  

Det finns många lovande alternativa metoder för att framställa litiumhydroxid. Men Northvolt tar den konventionella vägen: ”Jag tror att vi har ganska mycket nytta av att jobba med en välkänd teknik”, säger Maria Åstrand, chef för aktiva material. 

Northvolts besked i december att de har startat bolaget Aurora, som ska bygga en fabrik för produktion av litiumhydroxid i Portugal tillsammans med oljebolaget Galp, är betydelsefullt på flera sätt.  

Dels genom att den svenska batteritillverkaren på ett så tydligt sätt tar ett kliv upp i värdekedjan. Och dels genom att fabriken blir den första större konverteringsanläggningen för litium i Europa – vilket säkert gläder EU-politiker som har som mål att bygga upp en europeisk batterivärdekedja. Nästan all konvertering av litiumhaltiga bergarter till litiumprodukter för batteritillverkning sker i dag i Kina.

Northvolt och Galps första litiumprojekt presenteras. På bilden Paolo Cerrut från Northvolt och Andy Brown från Galp. Foto: Global Media Group/TT

Litiumkarbonat funkar inte

Fabriken ska initialt producera 35 000 ton litiumhydroxid per år, vilket räcker till litiumjonceller motsvarande 50 GWh lagringskapacitet. Det är i samma storleksordning som cellfabriken i Skellefteå ska kunna producera fullt utbyggd (60 GWh). Northvolt åtar sig dock bara att använda hälften av materialet självt. Till battericeller med en energilagringskapacitet om 1 kWh, som väger cirka fyra kilo, krävs det 700 gram litiumhydroxid.

Litiumhydroxid Foto: Mondalor/CC BY-SA 3.0

Att det är just litiumhydroxid som ska fabriken ska tillverka beror på att Northvolt ska bygga celler med högt energiinnehåll, vilket betyder hög andel nickel. Då fungerar det inte med till exempel litiumkarbonat. 

– Katodmaterial med hög nickelhalt behöver kalcineras vid en lägre temperatur än katodmaterial med lägre nickelhalt. Skulle man använda litiumkarbonat skulle den lägre temperaturen innebär att det blir kvar oreagerade rester av litiumkarbonat i materialet, som i sin tur förstör produktens slutegenskaper, säger Maria Åstrand, ansvarig för aktivt material på Northvolt.

Europa skulle behöva många fler sådana här fabriker för att tillgodose behovet, enligt Maria Åstrand, chef för aktiva material på Northvolt.  Foto: Northvolt 

Läs mer: Milstolpen: Första battericellen tillverkad av Northvolt

Litiumpriset rusar

Litiumpriset har stigit kraftigt under 2021. Ett ton litiumhydroxid från Kina kostar nu drygt 30 000 dollar, enligt analysföretaget Benchmark Mineral Intelligence. Det innebär en ökning med 275 procent sedan förra årsskiftet. Men priset är inte den främsta orsaken till att Aurora nu valt att offentliggöra planerna på en fabrik. 

– Vi startade projektet långt tidigare. Priset på råmaterial kommer att pendla upp och ner, enligt ett cykliskt förlopp. För oss handlar det mer om vikten av lokala värdekedjor. Vi vill även bidra till spårbarhet samt sänka koldioxidavtrycket, säger hon.

Läs mer: Här tar Northvolt tillbaka metallerna från batterier

Råvaran: Spodumen

Råvaran som Aurora ska använda sig av är spodumen, ett av ett dussintal litiumhaltiga mineral som bryts i form av fasta bergarter. Den andra vanligast förekommande källan är lösta litiumsalter från sjöar, bland annat i Sydamerika. Bergarter respektive saltlösningar står vardera för ungefär hälften av världens litiumproduktion, enligt den vetenskapliga artikeln Spodumene: The lithium market, resources and processes (2019)

– Fördelarna med att utgå från bergarter överväger. Det finns gott om dem och de är en bra källa till litium rent kvalitetsmässigt. Men när vi granskar våra underleverantörer är det viktigaste för oss att råvaran är hållbart producerad, har lågt koldioxidavtryck samt är spårbar och producerad på ett etiskt sätt, säger Maria Åstrand.

Spodumen är ett av mineralen med högst teoretiskt litiuminnehåll, 3,73 procent (ibland anges koncentrationen litiumoxid i stället, vilket då ger cirka 8 procent). 

Spodumen från en gruva i Massachusetts, USA. Foto: Sciance Photo Library/T

 

Glesare fyndigheter i Europa

Portugal är bland de länder i Europa med bäst förutsättning för litiumutvinning, med utgångspunkt i spodumen. De europeiska fyndigheterna är dock generellt sett glesare och mer utspridda jämfört med i till exempel Australien, påpekar Maria Åstrand. 

– Men vi tycker att det finns tillräckligt mycket intressanta fyndigheter för att möjliggöra en europeisk värdekedja.

Mina Do Barroso är den tilltänkta platsen för brytning av litiumhaltig spodumen i Portugal. Där kan 27 miljoner ton litiumhaltigt spodumen utvinnas där, enligt beräkningar. Foto: Savannah Resources.

En fabrik av Auroras storlek kräver ungefär 200 000 ton spodumenkoncentrat om året. Koncentrationen av litiumoxid i materialet ligger vanligen kring 5,5–6 procent, enligt Maria Åstrand. 

Kommer det portugisiska spodumenet att räcka för Aurora? 

– Det har vi ännu kvar att utforska. Men vi tittar inte enbart på portugisiskt spodumen utan också andra fyndigheter utifrån ett processeffektivitetsperspektiv. Vi kan behöva komplettera med fler fyndigheter, säger hon. 

Kan fabriken använda sig av andra råmaterial än spodumen? 

– Jag får hänvisa till det tekniska arbete vi just nu genomför. Det kan gå, men det blir mer komplext och skulle även påverka kvalitet och kostnad, säger hon. 

Varför väljer ni att samarbeta med just Galp? 

– Det är ett stort bolag som är duktigt på processteknik och väl förankrat i Portugal. Tidigare har de främst fokuserat på olja och gas men nu gör de en massiv energiomställning. De vill etablera sig inom energimaterial och batterivärdekedjan. Iberiska halvön är mineralogiskt intressant, vilket Galp har identifierat. När vi insåg att vi har samma värdegrund föll det sig naturligt att göra det tillsammans, säger Maria Åstrand.

Läs mer: Northvolt bygger ny fabrik i Portugal – så här stor blir den

Så tillverkas litiumhydroxid

Processen att omvandla spodumen till litiumhydroxid bygger på att man hettar upp materialet i en ugn, vanligen med naturgas, till cirka 1 000 grader Celsius. Detta leder till att fasen alfa-spodumen omvandlas till beta-spodumen, som är porösare och enklare att utvinna litium ur.  

I nästa processteg urlakas litiumet med olika typer av kemikalier, vanligen svavelsyra, vilket i det fallet bildar litiumsulfat. Därefter filtreras och renas lösningen och slutligen utförs kristallisering som är sista steget innan litiumhydroxid återstår. Ibland utförs även membranelektrolys som kan ge högre renhet, men är mer kostsam. 

Själva grundprocessen att fasomvandla spodumen och därefter laka ur litiumet är känd sedan 1950-talet. Men exakt vilken variant av denna konventionella process Aurora ska använda sig av är ännu inte bestämt. 

– Vi håller på att undersöka det och kan berätta mer om ett och ett halvt år, säger Maria Åstrand. 

Är processen fri att använda sig av eller behöver ni köpa rättigheter? 

– Det blir nog en kombination. Det finns många patent men tekniken är gammal och därför är mycket tillgängligt för industrin. Väljer vi en process som en specifik teknikleverantör har tagit fram får vi kanske tillgång till den om vi köper deras utrustning. Men det är inte osannolikt att vi även utvecklar egen teknik som vi kan använda oss av, säger hon.

Läs mer: Northvolt har producerat sin första återvunna battericell

Potentiellt bättre metoder finns

Det finns åtminstone ett dussintal patenterade metoder att framställa litiumhydroxid ur spodumen varav två används kommersiellt, enligt Spodumene: The lithium market, resources and processes. Ytterligare ett tiotal publicerade metoder presenteras i artikeln. Flera av dem har potentiellt lägre energiåtgång och högre utbyte än svavelsyraprocessen. Ingen av dem har dock kommersialiserats, vilket enligt artikelförfattarna huvudsakligen beror på en ovilja att avvika från den sedan länge etablerade processen. 

Kan inte ni som startupbolag vara med och ta fram nya och potentiellt effektivare processer?  

– Vi uppmuntrar att det kommer fram ny mer innovativ teknik som är effektivare. Men i detta specifika fall handlar det om en otroligt stor investering, uppemot 700 miljoner euro. Jag tror att vi har ganska stor nytta av att jobba med en välkänd teknik och etablerade teknikleverantörer som innebär lägre risk för projektet, säger Maria Åstrand.

Mängden spodumen begränsar

Hon påpekar även att den stora mängden spodumen, 200 000 ton per år, begränsar vilken process de kan använda sig av och att de inom ramen för Europeiska institutet för innovation och teknik (EIT) tittar på mindre mogna och mer miljövänliga tekniker. 

– Detta är inte det sista litiumhydroxidrojektet i Europa. Vi skulle behöva många sådana här fabriker för att tillgodose behovet, säger hon. 

Eftersom naturgas vanligen används för att utföra fasomvandlingen har processen ett relativt högt koldioxidavtryck. Aurora vill försöka minska detta genom alternativa uppvärmningssätt, till exempel vätgas och/eller el. Dessutom hoppas företaget kunna göra något av den enorma mängden sten som blir över efter urlakning, och som annars läggs på hög. 

Johan Kristensson

Mer om: Northvolt Litium

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt