Saksalainen kemianteollisuuden jättiläinen BASF kehittää kemiallista prosessia litiumioniakkujen kierrätykseen. Prosessin avulla akkujen sisältämä litium saadaan talteen erittäin puhtaana ja korkealla saannolla. Ratkaisu on myös nykyisiä prosesseja kestävämpi, koska mustasta massasta saadaan suoraan litiumhydroksia.

Autoteolllisuudella on edessään merkittävä murros, kun sähköautoja vyöryy kiihtyvällä vauhdilla markkinoille. Tämän kehityksen seurauksena nousee esiin kysymys siitä, miten loppuunkäytetyt litiumioniakut kierrätetään. Vielä tällä hetkellä kierrätykseen päätyvien sähkö- ja hybridiautojen akkujen määrä on pieni, mutta ennusteiden mukaan vuoteen 2030 mennessä maailmanlaajuisesti yli miljoona tonnia ladattavien henkilöautojen akkuja tulee tiensä päähän ja päätyy kierrätykseen.

Käytetyt akut ja tuotantojätteet kiertoon

Litiumioniakut sisältävät mm. litiumia, kobolttia ja nikkeliä, jotka ovat arvokkaita materiaaleja ja siksi on tärkeä saada nämä materiaalit talteen akkujätteestä. Myös akkujen tuotannosta syntyy jätettä, kun osa valmistetuista akkukennoista ei täytä laatuvaatimuksia. Jätettä syntyy myös akkujen katodien aktiivimateriaalien ja niiden esiasteiden tuotannosta. BASF:n tavoitteena on sulkea kaikki nämä kierrot eli palauttaa arvokkaat materiaalit hyötykäyttöön.

Kiertotalouden tavoitteena on välttää hukkaa, käyttää tuotteet uudelleen jos mahdollista ja lopulta ottaa raaka-aineet talteen. Kemikaalijätin mukaan heidän asiakkaansa vaativat jo tällaista kiertojen sulkemista.

Kuva 1. Kierrätykseen päätynyt sähköauton ajovoima-akku. (kuva: Jarkko Vesa)

Akkujen hiilijalanjälki saatava alas

Hiilidioksidipäästöjen pienentäminen on autoteollisuudelle erittäin tärkeä asia – ei vähiten Euroopan komission autoteollisuudelle asettamien tiukkojen päästörajojen vuoksi.

Akku on sähköauton sydän ja siksi akkujen hiilijalanjälki on kriittinen kysymys. Akkujen CO2-päästöihin vaikuttaa BASF:n mukaan kaksi asiaa: akkumateriaalien kestävä tuotanto ja akkujen kierrätys. Jos uusien akkujen valmistuksessa käytetään käytettyjen akkujen kierrätysmateriaaleja, pienenee uusien akkujen hiilijalanjälki merkittävästi. Tämän tavoitteen saavuttaminen edellyttää laajempaa yhteistyötä läpi koko akkuarvoketjun. Tätä työtä BASF tekee yhdessä kumppaneidensa ja asiakkaidensa kanssa.

Lisäpotkua kierrätysmateriaalien käyttämiselle uusien akkujen valmistuksessa tullaan saamaan lähivuosina myös sääntelyn kautta, jos komission ehdotus uudeksi akkuasetukseksi menee läpi. Komission on esittänyt Euroopan markkinoille tuotaville uusille litiumioniakuille vaatimusta käyttää vähintään tietty määrä kierrätysmateriaalia uusissa akuissa. Tavoitteena on, että kierrätysmateriaalien osuutta kasvatetaan  vaiheittain.

BASF kehittää ”kemiallista kierrätystä”

Kierrätykseen päätyneiden litiumioniakkujen kierrätys tapahtuu seuraavasti: ensimmäisessä vaiheessa akut puretaan ja murskataan. Tämä kuulostaa yksinkertaiselta, mutta parhaimmillaan satojen kilojen painoisen korkeajänniteakun purkaminen ja murskaaminen turvallisesti on oma taiteenlajinsa.

Murskauksen jälkeen päästään käsittelemään ns. ”mustaa massaa”, joka sisältää runsaasti arvokkaita raaka-aineita. Arvokkaat materiaalit saadaan mustasta massasta talteen erilaisilla kemiallisilla prosesseilla. Kemiallinen kierrätys pienentää akkumetallien hiilijalanjälkeä vähintään 25 prosenttia verrattuna perinteiseen kaivostoimintaan, kertoo BASF artikkelissaan.

Kemiallisen kierrätyksen osalta tarvitaan edelleen innovaatioita, joiden avulla kierrätyksen kustannuksia ja energiankulutusta saadaan alas, ja vastaavasti litiumin saanto nousee. Juuri tätä työtä BASF tekee kehittäessään uutta kemiallisen kierrätyksen prosessiaan litiumioniakuille.

Mustasta massasta suoraan litiumhydroksidia

Nykyisin käytössä olevassa prosessissa litium otetaan talteen mustasta massasta hydrometallurgisen prosessin avulla ja lopputuloksena saadaan litiumkarbonaattia. Tämän päivän akkutuotannossa käytetään kuitenkin litiumhydroksidia.

Litiumkarbonaatista on mahdollista valmistaa litiumhydroksia, mutta tämä vaatii lisätyötä ja reagenssien käyttöä. Litiumkarbonaatin valmistuksen yhteydessä syntyy myös ei-toivottuja sivutuotteita. Juuri tähän kohtaan BASF haluaa iskeä: yhtiö on kehittänyt prosessin, jossa litiumhydroksia voidaan tuottaa suoraan. Näin vältetään sekä jätteen syntyminen että karbonaatin muuttamisesta hydroksidiksi muuttamisen turhat välivaiheet. BASF:n kehittämän prosessin energiankulutus ja CO2-jalanjälki on yhtiön mukaan pienempi kuin nykyisin käytössä olevilla prosesseilla.

Kuva 2. Litiumhydroksidi (LiOH). (kuva: Metso Outotec)

Lopputuotteen puhtaus kriittistä

Käytettävän kemian ja varsinaisen prosessin ohella tärkeää on myös talteenotettavien raaka-aineiden puhtaus. Akuissa käytettäville materiaaleille on tiukat vaatimukset mm. turvallisuussyistä. Epäpuhtaudet akkumateriaaleissa voivat aiheuttaa vaaratilanteita.

Kovat puhtausvaatimukset sopivat BASF:lle. Yhtiö korostaa laajaa tutkimus- ja kehitystyötään elektroniikkateollisuudessa sekä kattavaa puhdisteknologioiden portfoliotaan. Kemianjätti pitääkin yhtenä uuden prosessinsa kilpailuvalttina nimenomaan erittäin puhdasta lopputuotetta.

Pilottilaitos rakenteilla

BASF kertoo saaneensa ensimmäiset pilottivaiheen testinsä tehtyä vuoden 2020 aikana, seuraavana on vuorossa pilottilaitoksen rakentaminen. Yhtiön mukaan prosessi vaatii edelleen optimointia, mutta BASF uskoo, että heidän kehittämänsä prosessi voi olla tärkeässä roolissa, kun Eurooppaan rakennetaan akkujen kierrätyskapasiteettia.

Myös Fortum ja NorthVolt kehittävät prosesseja sähkö- ja hybridiautojen ajovoima-akkujen kierrätykseen. Fortum kertoi jokin aika sitten saaneensa patentin uudelle litiumin kierrätysprosessilleen. Yhtiö ei kilpailusyistä kerro tarkemmin, mitä patentti pitää sisällään.

”Uuden patentoidun teknologiamme ansiosta pystymme paitsi ottamaan talteen ja kierrättämään sähköautojen akkujen sisältämän litiumin yhä kestävämmällä tavalla, myös tuottamaan akkuihin soveltuvan laatuista kierrätettyä litiumia teollisessa mittakaavassa.” (Tero Holländer, Fortum, KL 24.11.2020)

Maaliskuussa 2020 Fortum, BASF ja Nornickel allekirjoittivat akkujen kierrätystä koskevan aiesopimuksen.

(Julkaistu 30.12.2020, päivitetty 31.12.2020)

Lähteet:

  • Closing the loop in e-mobility. BASF, 10 Dec 2020.
  • Fortum kertoo tehneensä läpilyönnin sähköautojen akkujen kierrätyksessä. Kauppalehti, 24.11.2020.
  • Europe’s Tesla rival is fixing the huge battery recycling mess. The Wired, 16 Nov 2020.
  • Fortum, BASF ja Nornickel yhteistyöhön Harjavallassa – tulossa yli sata uutta työpaikkaa. YLE, 6.3.2021.

 

Lisää aiheesta: