Vi använder cookies för att förbättra din onlineupplevelse, anpassa annonser och innehåll samt analysera vår trafik. Genom att klicka på ”Acceptera alla” samtycker du till behandling och delning av din information med våra sociala medier, reklam och analyspartners. Du kan när som anpassa eller återkalla ditt samtycke i inställningarna för cookies. Här kan du läsa DEKRAS Integritetspolicy​.

Innovativa lösningar kan minimera elbilsbatteriers klimatavtryck

Författaren: Andreas Ellhar

18 sep. 2023

Litiumjonbatterier utgör idag en mycket stor del av elbilars utsläpp. Hur kan vi minska batteriernas påverkan på miljön? Och hur tar vi tillvara på materialen från uttjänta batterier? Det sker nu en rad framsteg på området där man tittar på användningen av alternativa råvarumaterial, nya tillverkningsmetoder och återvinningsprocesser.

Den gröna omställningen är beroende av en variation av klimatneutrala lösningar inom sektorer som industri, energi och transport. Litiumbatterier utgör idag den viktigaste och dyraste komponenten i eldrivna fordon, men paradoxalt är batterierna samtidigt en bidragande orsak till de utsläpp av växthusgaser som är skadliga för vårt samhälle och miljö.
Uttrycket Cradle-to-Grave är en modell som används inom den vetenskapliga fotavtrycksmetoden LCA , ”Life Cycle Assessments” och som bedömer den fullständiga miljöpåverkan av produkter utifrån en kedja av faktorer. För elbilar handlar det framförallt om brytning av metaller som behövs för produktion av batteriet, celltillverkning, användning av fordonet när det är i trafik, samt återvinningsprocesser.
Jonas Mindemark är universitetslektor i kemi med inriktning mot uppladdningsbara batterier vid Uppsala universitet;
– En elbil har potentialen att ge ett lågt klimatavtryck till skillnad från exempelvis en bensindriven bil. Men det kräver också att batterierna framställs genom effektiva metoder, utan ”smutsig” energi, och att elbilen sedan laddas med energi från förnybara energikällor.
Här har också Sverige potential att bli ett föregångsland eftersom en stor del av vår energi-produktion är fossilfri.
Råvarumaterial och tillverkningsmetoder
Idag står tillverkningen av litiumjonbatterier för 61–106 kilo koldioxidekvivalenter i utsläpp per producerad kWh batterikapacitet. Som jämförelse var genomsnittet under 2017, 150–200 kilo koldioxidekvivalenter per kWh batterikapacitet. Skälen till de minskade koldioxid-utsläppen har framförallt att göra med en effektivare batteritillverkning genom större fabriker och högre kapacitet. Vid tillverkning av elbilsbatterier är det idag främst fyra delar i produktionskedjan som är energikrävande.
– Först är det råmaterial med brytning av de mineraler som behövs för batterierna. Kobolt är här exempel på metall som länge varit kontroversiell eftersom den nästan uteslutande bryts i Kongo under miljömässigt tveksamma förhållanden. Därför görs nu försök att ersätta kobolt i batterier med sammansättningar som har mer nickel i, men ambitionen är även att hitta alternativa mineraler som har mindre påverkan på den lokala miljön.
– Den andra energikrävande delen i batteritillverkningen är de metallurgiska processerna med väldigt höga temperaturer för material, ugnar och liknande. För de här processerna kan det i regel vara svårt att minska miljöpåverkan om man då inte använder sig av fossilfri energi inom gruv- och tillverkningsindustri.
Vid tillverkning av elbilsbatterier använder man ”dry rooms”, det vill säga torra utrymmen med kontrollerad atmosfär som också kräver en hel del energi för att hållas fria från luftfuktighet. En annan miljömässigt viktig aspekt är framställningen av elektroderna till battericellerna. För litiumjonbatterier utgår man från en så kallad ”slurry”, där de fasta materialen, eller elektrodpartiklarna, blandas med bindemedel och lösningsmedel som sedan torkas på en metallfolie till ett fast kompositmaterial. Jonas Mindemark förklarar;
– Denna torkningsprocess kräver mycket energi främst på grund av användningen av lösningsmedlet NMP, ”1-metyl-2-pyrrolidinon”, en substans som dels är hälsofarlig men som också har en hög kokpunkt, vilket gör torkningsprocesserna energikrävande. Till ganska stor del har man nu börjat ersätta NMP med vatten, framförallt till den negativa elektrodsidan av batterierna där grafit används. Vid tillverkning av litiumbatterier innebär det en klar förbättring både ur miljö- och energisynpunkt.
När ett batteri är nytillverkat genomgår det en så kallad ”formeringscykling”, eller upp- och urladdningsprocess, med syfte att säkerställa funktionaliteten och prestandan hos batteriet innan det lämnar fabriken.
– Det här är en process som likaså är energikrävande, men också resursslösande, om man inte tar vara på den energin som uppstår under urladdningscyklerna. Men inom batteri-industrin letar man hela tiden metoder för att effektivisera tillverkningsprocesserna för att minimera kostnader och klimatavtryck. Användning av förnybara energikällor som vind- eller solkraft är exempel på det.
Återanvändning och återvinning
Även om elbilens största klimatavtryck kopplas till batteritillverkningen behöver idag allt fler förbrukade batterier även återvinnas genom effektiva och miljövänliga metoder. En viktig del i att minimera klimatpåverkan från elbilsbatterier är att minska behovet av nya råvaror i tillverkningen. Det är möjligt genom att öka andelen återvunna metaller ur uttjänta batterier. Men vilka material är då svårast att återvinna?
– När det gäller grafit, som antigen är syntetisk eller naturlig kan den variera i kvalitet och egenskaper vilket medför att den svår att omarbeta och återföra. Generellt sätt är det komplicerat att återvinna förbrukade elbilsbatterier då man har att göra med olika battericeller med varierande kemiska egenskaper.
– Den jonledande elektrolyten är likaså problematisk att återvinna, dels eftersom det är tekniskt svårt, men även på grund av begränsad ekonomisk lönsamhet. Men vissa delar av batteripacken är också förhållandevis enkla att separera ut och återvinna, exempel på det är omslutande material och höljen, men likaså koppar- och aluminiumfolieringar.
De vanligaste metallerna i litiumbatterier, som kobolt, nickel och mangan, är idag möjliga att separera ut från förbrukade batteripack och återföra i deras ursprungsform vid tillverkningen av nya batterier. Det finns även förhoppningar om att framöver kunna göra detsamma med litium. Ett stort fokus inom batteriindustrin ligger nu på att man lyckas regenerera de komponenter av batterierna som är mest energikrävande att nytillverka. Men återvinning är enbart en del av lösningen.
– I och med att eldrivna bilar blir allt mer populära kommer vi inom loppet av några år också få se en väldigt stor mängd förbrukade batterier på marknaden. Det talas redan nu om så kallad ”second life”-användning, det vill säga begagnade batterier från elfordon som kan användas i andra applikationer där energitätheten inte är lika viktig. Ett elbilsbatteri som har 50 procents kapacitet kvar kan duga alldeles utmärkt som exempelvis stationär energilagring för att hjälpa till att balansera elnätet. Det gör att en del batterier får nytt liv innan de hamnar på återvinningen, avslutar Jonas Mindemark.
Stigande råvarupriser och miljömässiga vinster har gjort återvinning av metaller från förbrukade litiumbatterier till en allt viktigare affärsverksamhet. Nyligen öppnade svenska Northvolts dotterbolag Hydrovolt en återvinningsfabrik i norska Fredrikstad, vilket också är den största i Europa. Fabriken kan återvinna upp till 95 procent av alla material i batteri-paketen från eldrivna fordon, och ambitionen är att kunna återvinna 125 000 ton batterier per år samt använda 50 procent återvunna material i produktionen av battericeller till 2030.
Visa alla artiklar