EU kommer att ha 30 miljoner elbilar till 2030 och EU-kommissionen förbereder tuffa mål för återvinning av dessa och andra batterier. Men effekterna av batteriåtervinning, speciellt för de stora litiumjonbatterierna i elbilarna som snart fyller våra gator, har i stort sett inte studerats.

I en ny studie, forskare vid Aalto-universitetet har undersökt miljöeffekterna av en hydrometallurgisk återvinningsprocess för elbilsbatterier. Med hjälp av simuleringsbaserad livscykelanalys, de övervägde energi- och vattenförbrukning, samt processutsläpp.

"Batteriåtervinningsprocesser utvecklas fortfarande, så deras miljöavtryck har ännu inte studerats i detalj. För att vara till nytta, återvinning måste bevisas vara mer ekologiskt än att producera råvaror – vi kan inte bara anta att återvinning automatiskt är bättre, även om vi vet att brytning av råvarorna har stor miljöpåverkan, som hög energi- och vattenförbrukning, säger Mari Lundström, biträdande professor vid Aalto-universitetet.

Batteriåtervinning använder ofta smältning, som vanligtvis förlorar litium och andra råvaror. Nya hydrometallurgiska processer, som separerar batterimetaller från avfall genom upplösning, möjliggör återvinning av alla metaller men förbrukar stora mängder energi och kemikalier, och producerar ofta förorenat avloppsvatten.

Enligt resultaten, koldioxidavtrycket för råvaran som erhålls genom den studerade återvinningsprocessen är 38 % mindre än för den jungfruliga råvaran. Skillnaden är ännu större om koppar och aluminium som återvunnits under mekanisk förbehandling ingår. Resultaten pekar också på problemområden.

"Livscykelanalys identifierar de områden där återvinningen kan förbättras. T.ex. vi märkte att användning av natriumhydroxid som en neutraliserande kemikalie avsevärt ökar miljöbelastningen av vår process, säger Marja Rinne, doktorand vid Aalto-universitetet.

Den här typen av analys, som forskarna säger sällan har gjorts för batteriåtervinning, kan också göras innan nya processer tas i bruk. Det är användbart för att avgöra hur vissa val eller processparametrar påverkar miljöpåverkan av en process, så det kan vara ett fördelaktigt beslutsfattande verktyg för både industrin och beslutsfattare.

"Simuleringsbaserad livscykelanalys kan användas även i designstadiet av återvinningsprocesser för att bedöma miljöpåverkan och hitta de bästa möjliga alternativen, säger Lundström.

De potentiella fördelarna med att hitta de bästa återvinningsprocesserna är betydande; EU har som mål att återvinna 70 % av mängden batteriavfall i slutet av decenniet. Den sätter också upp mål för specifika metaller som används i batterier:95 % kobolt, nickel och koppar, och 70 % av litium måste återvinnas till 2030. Det uppskattas att den globala marknaden för återvinning av litiumbatterier kommer att vara värd 19 miljarder år 2030.

Enligt Lundström nu är det dags att utveckla alternativa återvinningsmetoder, eftersom mängden batteriavfall kommer att skjuta i höjden med elbilarnas snabba tillväxt.

"Vi kommer att ha ett enormt behov av återvinning, och vi måste hitta de mest livskraftiga och ekologiska återvinningsprocesserna. Forskning om tekniska innovationer och deras miljöpåverkan går hand i hand, " hon säger.

I studien, Teamet bedömde också processens industriella skalbarhet och gav rekommendationer om hur man bäst kan modifiera processen därefter.