Så ska Volvo och Northvolt återvinna elbilsbatterier

2021-04-21 06:00  

Kan orenheter ställa till det när gamla battericeller återvinns och blir till nya? Det ska Volvo Cars ta reda på tillsammans med Northvolt.

Batteriet utgör en stor andel av det klimatavtryck en elbil ger upphov till vid tillverkning. Metallerna som behövs för tillverkning riskerar dessutom att bli en bristvara, när batteribehovet ökar. Därför vill till exempel den svenska celltillverkaren Northvolt använda metaller från återvunna batterier för att skapa nya. 

Men hur påverkas battericellens prestanda av att den tillverkats från återvunna material? Det vill bland annat biltillverkaren Volvo Cars ta reda på tillsammans med Northvolt, Chalmers och Uppsala universitet, i ett projekt som kallas för Nybat.  

– Återvinning är ett jättebra sätt att få ner koldioxidutsläppen vid tillverkning. Vi behöver säkerställa att metoder utvecklas för att batterier återvinns på ett miljövänligt sätt i effektiva processer, och att batterierna av återvunnet material blir lika bra som de tillverkade av material direkt från gruvorna, säger Anna Hägg, projektledare på Volvo Cars.

Laddhybrider och C30 Electric

Använda litiumjonbatterier från företagets egna laddhybrider samt från C30 Electric ska skickas till Northvolt i Västerås där metallerna återvinns med en hydrometallurgisk metod, som Chalmers har varit med och utvecklat. Metoden innebär att metallerna lakas ur till skillnad från den gängse pyrometallrurgiska processen, där materialen separeras genom smältning – och som innebär att litiumet går förlorat.

Volvo C30 Electric tillverkades bara i 250 exemplar kring 2012. Den har ett litiumjonbatteri om 24 kWh.

– Trenden går starkt mot den typen av återvinning. Man uppnår hög renhet och det är en mindre energikrävande process, säger Anna Hägg. 

Läs mer: Northvolts plan för att återvinna batterier – metoden tar vara på litiumet

Northvolt ska därefter tillverka nya celler av de återvunna batterimetallerna. Cellerna är av typen NMC, det vill säga har en katod där nickel, mangan och kobolt utgör de viktigaste ingredienserna. Även aluminium och koppar återvinns, men dessa ingår inte i det här projektet.

Volvo Cars: "Vi siktar på 100 procent"

Målet är att allt nickel, kobolt, mangan och litium ska vara återvunnet i de nytillverkade cellerna. 

– Vi siktar på 100 procent om det inte visar sig innebära något problem, säger Anna Hägg. 

Emma Nehrenheim, miljö- och hållbarhetschef på Northvolt, säger att det rent tekniskt inte är svårare att tillverka celler av återvunnet material jämfört med jungfruligt. Det handlar bara om att ämnena måste ha tillräckligt hög renhet. Den hydrometallurgiska återvinningsmetoden kan leverera det. 

– Vi kan få precis den renhet som vi kräver av våra leverantörer av jungfruligt material, säger hon.

Emma Nehrenheim, miljö- och hållbarhetschef på Northvolt. Arkivbild. Foto: Jörgen Appelgren

Farhågor kring fluor

Farhågan med att tillverka nya celler från återvunnet material är att orenheter ska påverka prestandan. Även om Northvolt kan uppnå samma eller bättre renhetsgrad (“battery grade”) för återvunna metaller jämfört med jungfruliga, så är orenheterna annorlunda – vilket kan ha betydelse. 

– Vi har bland annat farhågor gällande fluor. Det kan vara ett ämne som är olämpligt att få med i de nya cellerna, säger Anna Hägg. 

Det är vanligt att celler dopas med små mängder ämnen för att på olika sätt förändra egenskaperna. De dopningsämnen som användes för 15 år sedan kanske inte alls är önskvärda idag.  

– Problemet är generellt att det inte finns forskning kring effekterna på batteriprestandan från orenheter i återvunnet material, säger Martina Petranikova, docent på Chalmers.

Martina Petranikova, docent på Chalmers, med inriktning mot återvinning av litiumjonbatterier. Foto: Chalmers

Det finns en del forskning på hur metalliska orenheter som koppar och magnesium påverkar, men inte anjoniska orenheter som fluor. 

– Innan vi börjar använda återvunna metaller behöver vi alltså definiera effekterna genom forskning för att vara säkra på att batteriprestanda och säkerhet inte påverkas negativt, säger Martina Petranikova.

Förmodligen NMC 811

Exakt vilken kemi de nya cellerna får är inte helt klart, men enligt Emma Nehrenheim blir det med största sannolikhet 811, vilket anger förhållandet mellan nickel, mangan och kobolt i katoden. Trenden inom batterivärlden just nu är allt högre andel nickel, vilket ger högre energitäthet och därmed längre räckvidd för bilen. 

Volymen celler som Northvolt ska tillverka i projektet är liten, kanske inte ens en kilowattimme. Volvo Cars kommer att testa dem i det egna batterilabbet i Göteborg. De ska hårdköras dygnet runt i ungefär ett år. 

– Då får vi verkligen se hur de beter sig. Litiumjonbatterier har en långsam degradering vid den typ av cykling som vi utsätter dem för. Snabbladdning och hög temperatur får dem att åldras snabbare, säger Anna Hägg.

Läs mer: Nickelrika batterier – så löste ingenjörerna brandrisken

25 procent lägre CO2-avtryck

Volvo ska vara koldioxidneutrala 2040. Hur mycket återvunna batterimetaller kan bidra att sänka batteriets avtryck med har Anna Hägg ingen exakt siffra på, men mellan tummen och pekfingret nämner hon 25 procent. 

För Northvolt handlar utmaningen främst om att nå lönsamhet i återvinningen. I nuläget är metoden förknippad med stora investeringskostnader, precis som innan en gruva är etablerad. 

– På lång sikt ska återvinning bära sig ekonomiskt. Rent tekniskt kan materialet bli billigare, men det beror även på efterfrågan på råmaterial, som jag tror blir stor, säger Emma Nehrenheim.

Läs mer: ”Är Aston Martin näst på tur att redovisa sina utsläpp?”

Krav på återvunna batterimetaller

Lagstiftarna försöker skjuta på utvecklingen. Ett nytt europeiskt batteridirektiv är på gång, som en del av EU:s Gröna giv. För 2030 är målet att 12 procent av kobolten ska vara återvunnen, 4 procent av litiumet och 4 procent av nicklet, enligt förslaget som kommissionen presenterade i december i fjol. Till 2035 ska återvinningsmålet skärpas ytterligare. 

När får vi se en Volvo med batterier av återvunna metaller? 

 – Det kan nog börja komma ganska snart. Men det handlar också om tillgång. Vi får inte tillbaka så mycket batterier från marknaden ännu. Andelen kommer sakta att byggas upp och öka, säger Anna Hägg. 

I dagsläget har Volvo Cars inget avtal om storskaliga batterileveranser med Northvolt, utan har i stället valt koreanska LG Chem och kinesiska Catl som sina leverantörer.  

Projektet Nybat inleds den 1 maj och pågår i två år. Vinnova beslutade nyligen att finansiera Nybat med 3,9 miljoner kronor. 

Fakta: Nybat 

Vad: Projekt för att testa prestanda hos battericeller tillverkade av metaller från återvunna elbilsbatterier. 

Vilka: Volvo Cars, Northvolt, Chalmers och Uppsala universitet.

När: Två år från den 1 maj.  

Finansiering. Vinnova bidrar med 3,9 miljoner kronor 

Johan Kristensson

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