Ny metod återvinner litium från batterier

2019-03-29 06:00  

20 ton krossat batterimaterial som smälts under två dagar. Vid forskningsinstitutet Swerim testas en ny metod för att återvinna mer av litiumjonbatterier. Ny Teknik var med.

En skarp doft som påminner om bränd plast ligger över hallen. Ett intensivt ljus strålar ut från ljusbågsugnen. Skärmen på väggen visar att ugnen håller 1 769 grader.

Krossat batterimaterial förs in i ugnen från ett rör i ovansidan. Ett ton per timme ska smältas. Personalen här går i tvåskift för att hinna smälta alla 20 ton som pilotförsöket omfattar på två dagar.

Guozhu Ye, projektledare på Swerim, tar upp en bit slagg och konstaterar nöjt att den skiftar i vitt.

– Det betyder att reduceringen är bra, säger han och ler stort.

Prover tas regelbundet från både metallsmältan och slaggen och skickas till SSAB:s labb runt hörnet. Inom en halvtimme kommer Guozhu Ye få en analys av vad slaggbiten innehåller.

Men han är redan säker på att resultatet blir positivt. En vitaktig slagg betyder att metalloxiderna från batterimaterialet har reagerat med det tillsatta kolet i ugnen så att syret och metallerna har separerats. Metallerna sjunker till botten av ugnen och bildar en smält blandning med höga halter nickel, kobolt och mangan. Så den vita slaggen indikerar att återvinningsgraden är hög.

Mycket höga återvinningsgrader i labbskala

Förhoppningen är att den smälta blandningen ska ha så höga halter av metallerna – och dessutom i ”rätt” proportioner i förhållande till varandra – att den kan säljas direkt till elektrodtillverkare så att den kommer till användning i nya batterier.

I dagsläget är lagkravet inom EU att 50 procent av innehållet i litiumjonbatterier ska återvinnas. I praktiken innebär det att främst aluminium, koppar, nickel och kobolt tas tillvara. Det är sällsynt att litium återvinns så att det kan gå tillbaka i ny batteriproduktion. Så vitt känt finns endast tre företag i världen som gör det i dag. Vanligast är att litiumet går förlorat i slaggen eller på sin höjd återanvänds som konstruktionsmaterial.

Metoden som testas på Swerim i Luleå syftar till att ändra på den saken. Det litium som finns i det krossade materialet förångas i ljusbågsugnen och leds med gaserna i ett rör längre bort i anläggningen. Det fastnar sedan som en vit beläggning i ett tygfilter och kan återvinnas.

Men även för mangan, nickel och kobolt hoppas Guozhu Ye att metoden ska blir mer effektiv än de som används i återvinningsbranschen i dag. I labbskala har han redan nått mycket höga återvinningsgrader.

”Kunderna efterfrågar återvinning av litium”

Men då gällde det batcher på 200 gram. Nu handlar det om 20 ton.

– Jag är ganska trygg med att vi kommer att nå en återvinningsgrad på över 95 procent för nickel, kobolt och mangan. Vi siktar på 99 procent. Men för litium blir jag nöjd om vi når över 85 procent, säger han.

Tricket är att sortera materialet noggrant innan det går till smältning.

– Vi tror att vår metod är bättre än andras. De som återvinner i stor skala i Europa blandar in andra typer av batterier så att allt smälts. Det är enkelt och bra men då blir inte litium koncentrerat och kan inte återvinnas. Vi tror att vår process kommer att vara ganska enkel och kan återvinna mer material än de befintliga metoderna, säger Guozhu Ye.

Läs mer: Återvinning – en nöt att knäcka för elbilar

Batterimaterialet som används vid pilotförsöket här har levererats av det finska företaget U-Recycle, som först har krossat det och sedan sorterat det mekaniskt i olika fraktioner utifrån storlek. Främst utgörs det av spillmaterial från batterifabriker, men några hela celler ska också smältas direkt i ljusbågsugnen för att forskarna ska lära sig mer om hur det fungerar.

Om pilotförsöken i Luleå blir framgångsrika kommer U-Recycle att börja använda återvinningsmetoden, åtminstone till vissa delar, redan under det här året, tror Pekka Väänänen, delägare i företaget.

– Kunderna efterfrågar återvinning av litium. Vi vet att det kommer att bli en bristvara i framtiden, säger han.

 

Swerim

Metallforskningsinstitutet Swerim hette tidigare Swerea Mefos. Det ägnar sig främst åt forskning och utveckling åt nordisk stål- och metallindustri.

Projektet om återvinning av litiumjonbatterier heter Re-Lion och startades 2017. Det löper över tre år och har fått stöd bland annat från Energimyndigheten.

Målet med projektet är att visa att batterierna kan återvinnas med pyrometallurgiska metoder, det vill säga smältning, i ett cirkulärt system för att minska miljöbelastningen och uttaget av jungfruliga råvaror. Under smältningen håller ugnen en temperatur om mellan 1 550 och 1 600 grader, med något högre nivåer i början.

Återvinning av litiumjonbatterier

Det finns i dag ett 50-tal företag runtom i världen som återvinner litiumjonbatterier i någon skala, från små laboratorieanläggningar till fullskaliga fabriker. Flest företag, cirka 30 stycken, finns i Kina.

De kinesiska företagen återvinner både begagnade batterier och spill från batteriproduktion. Metoderna är nästan uteslutande hydrometallurgiska, vilket innebär kemisk behandling med olika vätskor.

I Europa finns ett tiotal företag som återvinner litiumjonbatterier. Här är volymerna inte lika stora vilket inte gör det lönsamt att utvinna alla ämnen. Både pyrometallurgiska (smältning) och hydrometallurgiska metoder används.

Källa: Forskningsöversikt om återvinning och återbruk av litiumjonbatterier av Hans Eric Melin.

Linda Nohrstedt

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