Lithium uit Noorse accu's voor elektrische auto's wordt niet zo vaak gerecycled. In plaats daarvan, het eindigt als afval wanneer andere metalen waarmee het is gemengd, worden gerecycled. Maar dit kan veranderen.

De Nobelprijs voor Scheikunde ging dit jaar naar drie pioniers in de ontwikkeling van oplaadbare lithium-ionbatterijen. Deze batterijen zijn nu overal te vinden en vormen een essentieel onderdeel van de huidige elektrische auto's.

Maar lithium is ook vrij zeldzaam, en is meestal alleen aanwezig in kleine concentraties waar het wordt gevonden in de aardkorst. Toch is recycling slechts minimaal winstgevend geweest. In feite, Eigenaars van elektrische voertuigen moesten betalen om hun autobatterijen te recyclen.

Nu wil een onderzoeksgroep van NTNU samenwerken met de Noorse industrie om daar iets aan te doen.

"Ons doel is 100 procent recycling van lithium uit elektrische autobatterijen, ", zegt postdoctoraal fellow Sulalit Bandyopadhyay van de afdeling Chemische Technologie van NTNU.

Variatie van bekende technologie

"Wij zijn de enige onderzoeksgroep in Noorwegen die deze methode bestudeert, ' zegt Bandyopadhyay.

Het doel is om lithium terug te winnen uit EV-batterijen met behulp van hydrometallurgie. Dit houdt in dat een grondstof eerst wordt opgelost in water en dat de stof die je wilt extraheren vervolgens neerslaat. Noorse bedrijven hebben jarenlange ervaring met deze methode. Het proces wordt gebruikt om nikkel en zink te extraheren, bijvoorbeeld.

Maar lithium uit accu's van elektrische auto's wordt niet gerecycled. Voor een lange tijd, deze batterijen werden - in naam van het milieu - de halve wereld rondgestuurd voor recycling in China. Nu hebben de Chinezen genoeg van hun eigen afval en accepteren ze het afval van het Westen niet meer. In plaats daarvan, Noorse EV-batterijen worden opgeslagen in de gemeente Sandefjord, waar ze uit elkaar worden gehaald en naar Europa worden gestuurd voor verdere sortering en recycling, Noord-Amerika en Azië.

In Europa, de batterijen komen vaak terecht in een recyclagefabriek in België, Duitsland of Canada. De grondstof wordt verbrand, en koper en nikkel uit de batterijen worden gerecycled. Maar in dit verbrandingsproces, het lithium gaat verloren. Dat betekent dat we een nieuwe methode nodig hebben die het lithium ook kan bewaren voor recycling. Hydrometallurgische methoden zijn veelbelovend en worden al tot op zekere hoogte gebruikt, maar zonder het lithium te extraheren.

proeffabriek

Bandyopadhyay's groep werkt aan de ontwikkeling van een proces dat lithium terugwint, nikkel en kobalt uit wat een zwarte massa wordt genoemd. Zwarte massa is een zwart poeder dat bestaat uit de materialen in de batterij die actief zijn, dat wil zeggen het materiaal dat zich op de elektroden bevindt. De samenstelling van het materiaal varieert afhankelijk van het soort chemie dat wordt gebruikt om de batterijcellen te maken, maar bevat meestal nikkel, kobalt, mangaan, lithium en koolstof.

Bij de onderzoeksgroep onder leiding van Bandyopadhyay zijn drie NTNU-masterstudenten en een IAESTE-stagiair uit Australië betrokken. Ze onderzoeken twee verschillende soorten batterijen voor elektrische auto's, de Leaf-variant en prismatische cellen.

Dit project, LIBRES—Recycling van lithiumbatterijen, omvat ook Norsk Hydro en Glencore Nikkelverk, bedrijven met jarenlange ervaring en belangrijke ervaring met hydrometallurgie. In aanvulling, ze werken samen met het Finse mijnbouwbedrijf Keliber, een gedeeltelijk Noors bedrijf dat lithiumhydroxide wil produceren voor de internationale batterijmarkt.

"We zijn van plan om in 2024 een proeffabriek en in 2027 een volledige fabriek te lanceren, ' zegt Bandyopadhyay.

Zweedse onderzoekers en bedrijven zijn ook actief in het veld, en een volledige faciliteit voor de Scandinavische markt moet ook rekening houden met deze verbinding. Maar de technologie en het onderzoek zijn economisch interessant, ongeacht de uitkomst in Zweden.

"Hydro is het hoofd van het LIBRES-project. We willen dat dit project de basis legt voor een nieuwe, opwindende industrie met betrekking tot de recycling van gebruikte batterijen voor elektrische auto's in Noorwegen. De unieke positie van Noorwegen met de beschikbaarheid van deze batterijen geeft ons een uitstekend startpunt, " zei Christian Rosenkilde, hoofdingenieur bij Norsk Hydro ASA.

Zal winstgevend worden

"Lithium recyclen uit EV-batterijen is nog niet financieel rendabel, maar een Bloomberg-rapport laat zien dat dit de komende jaren zal veranderen, ' zegt Bandyopadhyay.

De belangrijkste reden voor de huidige lage winstgevendheid is dat de volumes nog zo klein zijn. EV-batterijen hebben normaal gesproken een levensduur van ongeveer 10 jaar, wat betekent dat de overgrote meerderheid van deze batterijen nog steeds werkt. Maar over een paar jaar zullen er genoeg elektrische auto's zijn dat het aantal gebruikte batterijen in Noorwegen sterk zal stijgen. Dan komt er ook meer geld in recycling. Het is belangrijk om de technologie en apparatuur voor die tijd op zijn plaats te hebben.

Bandyopadhyay is ook een operationeel leidergroepslid van het Gemini Center HyProS-Hydrochemical Process Technology in the Circular Economy. De Gemini-centra werken samen met andere onderzoeksinstellingen, in dit geval de Universiteit van Oslo en SINTEF.

“Ook is het belangrijk om te kijken naar de recycling van andere metalen dan lithium. Over een paar jaar in autobatterijen kunnen totaal andere metalen worden gebruikt dan nu het geval is, ' zegt Bandyopadhyay.