Flere millioner elbiler vil ramme vejene: Hvad gør vi med de udtjente batterier?

Kigger vi nogle år frem i tiden, vil der, medmindre der sker markante teknologiske gennembrud, være et stigende pres på råmaterialer som kobolt, nikkel og litium, der indgår i batterierne i elbiler.

Det fortalte vi om i en tidligere artikel, du kan læse hér.

Indtil videre har bilproducenterne i høj grad fokuseret på at få batteripriserne ned, samtidig med man øger rækkevidden og levetiden på batterierne. Men parallelt med, at flere elbiler ruller ud på vejene, ser vi ind i en voldsom stigning af udtjente batterier, og dermed en tungtvejende grund til at genanvende så meget som muligt.

De store producenter er heldigvis klar over, at de er nødt til at gøre noget ved affaldet, især fordi man er interesseret i at genbruge dyre råmaterialer som kobolt, litium og nikkel, der sidder i battericellerne.

En fordel ved litium, kobolt og nikkel er nemlig, at råstofferne, modsat fossile brændstoffer, kan genbruges, og det rykker flere virksomheder på.

»Der skal være en vis volumen af batterier, før det giver mening at genanvende dem. Men der er vi nu ikke langt fra, og måske er vi der allerede. Også fordi, at de her råstoffer er dyre, og produktionen af batterier er så enorm,« siger Dorthe Bomholdt Ravnsbæk, der er professor på Institut for Kemi ved Aarhus Universitet og forsker i genopladelige batterier.

På den måde bliver der skabt et marked og en økonomisk gevinst ved at trække råstofferne ud af batterierne, der i sidste ende skal kunne gøres nogelunde lige så billigt som dét at udvinde råmaterialerne fra miner i det Globale Syd.

Selve batteriet sidder omtrent 10-15 år i elbiler alt efter kørselsmønster. Derefter er der et potentiale for, at batterierne får et såkaldt ‘second life’.

Man arbejder blandt andet på at genanvende batterierne til at lagre strøm fra vedvarende energikilder, da der stadig er omtrent 60-70 procent kapacitet tilbage, når man hiver dem ud af elbilerne, forklarer Poul Norby, der er professor på Institut for Energikonvertering og -lagring ved DTU Energi.

Skal fut i genanvendelsen

Den helt store udfordring venter, når batteriet skal lægges i graven.

Her knuser man dem typisk med en makulator, så man står tilbage med en ‘sort masse’. Det er et pulveragtigt sort stof, der udgør det meste af batteriets indvolde og indeholder kobolt, nikkel og litium plus en række andre mineraler.

Den svære del - og den centrale del af udviklingen - består i at få behandlet den sorte masse på en måde, så råstofferne trækkes ud igen.

»Der er en masse forskning i gang på det område, og EU har sat store midler af til at håndtere problemet,« påpeger Dorthe Bomholdt Ravnsbæk.

Flere forskningsresultater har vist tegn på, at det faktisk er muligt at genbruge materialet fra tidligere batterier til nye batterier.

Et studie, der er udgivet i tidsskriftet Joule, testede effektiviteten af litium-ion -batterier med genbrugte NMC111-katoder bestående af henholdsvis en tredjedel nikkel, mangan og kobolt.

Forskerne fandt, at genbrugt materiale præsterede på lige fod med nye batterier, når det kommer til energitætheden i selve batteriet; energitæthed siger noget om, hvor langt en bil kan køre på en opladning. Faktisk indikerer deres resultater, at levetiden var mindst lige så god som fabriksnye batterier.

Bevæger vi os ud af laboratoriet, er der også en hel række tiltag i gang på kommercielt plan. I Georgia i USA slår en af Nordamerikas største genbrugsfabrikker snart dørene op. Fabrikken har meldt ud, at de forventer at kunne håndtere 30.000 ton litium-ion-batterier om året.

Og vi skal faktisk slet ikke vride vores globus længere end til Nordsverige for at finde et andet eksempel. Her er virksomheden NorthVolt er i gang med at opføre en enorm fabrik, hvor 50 procent af batteroproduktionen skal være baseret på genbrugte materialer i 2030.

Det er utrolig svært at estimere, hvor mange batterier der genanvendes i dag. Et studie fra 2015 viser, at mindre end én procent af sjældne mineraler bliver taget ud og genanvendt fra de forskellige produkter med genopladelige batterier. I USA bliver omtrent 5 procent af Litium-Ion batterierne indsamlet og genavendt.

Kræver energi at hive råstoffer ud

Men det er ikke helt nemt, at få hevet råstofferne ud af den her sorte masse, og der vil stadig gå noget tabt, når man skal rense massen op.

Typisk foregår det ved, at dele af batteriet med de vigtige råstoffer smeltes til pulver, enten ved pyrometallurgi eller ved opløsning i syre, hvilket kaldes hydrometallurgi. Sidstnævnte får stadig mere opmærksomhed, fordi graden af genanvendelse er højere - man kan altså hive en større del af råstofferne ud af batterier og bruge dem igen.

Problemet er imidlertid, at processen typisk er enormt energikrævende og generer høje temperaturer.

»Derfor går de nye tanker på at tage batterierne og skille dem ad, så man får en opdeling af de forskellige komponenter. På den måde får man de to elektroder for sig, og elektrolytten for sig, så man kan oprense de enkelte dele,« forklarer Dorthe Bomholdt Ravnsbæk.

Men det er stadig en udfordrende manøvre. Litium-ion er nemlig en overordnet fælles betegnelse for en række forskellige batteriteknologier med forskellige sammensætninger af materialer.

I dag er der ikke mange, der skiller batterierne ad på den måde, fordi det stadig er omstændeligt, men »tanken er i højere grad ved at blomstre,« vurderer Dorthe Bomholdt Ravnsbæk.

»Man kan ikke lave en proces, hvor der står en person og gør det manuelt. Så udfordringen er, at det skal automatiseres, så der ligger virkelig meget arbejde forude, der involverer et stort spænd af teknologier, fra robotter, der skal skille dem ad, til kemikere, der kan stå for oprensningen.«

»Ud fra et kemisk synspunkt består den svære udfordring i at udvikle nogle metoder, der sikrer, at man kan håndtere den store affaldsstrøm af batterier, der kan være af meget forskellig kvalitet og indeholde forskellige materialer. Det vil være noget af det, man vil se mere på i fremtiden.«

Stadig behov for nye råstoffer

Derfor kan der blive brug for en bred vedtagelse af standardiserede metoder til genbrug af litium-batterier. Det skal gerne inkludere sorteringsstrømme for de forskellige batterityper, så variationen af, hvad virksomhederne får ind, ikke er så stor, og de ved, hvad batterierne indeholder.

Det kan bringe genanvendelsen af batterier et stort skridt nærmere, lyder det fra forskerne.

Det Internationale Energiagentur (IEA) anslår, at verden i øjeblikket har nok kapacitet til at genbruge 180.000 ton døde elbilbatterier om året.

Hvis man bliver bedre til at hive råstofferne ud af battierne, vil potentielt kunne afbøde det store pres på råstoffer som kobolt og nikkel.

Men det vil stadig være nødvendigt at hente flere råstoffer op af miner i blandt andet DR Congo, Chile og Australien til de mange millioner elbiler, der skal produceres. Derfor har flere forskere ligeledes peget på, at vi også bliver nødt til at sænke vores forbrug og pres på råstoffer i fremtiden.