EV-batterier innehåller komplex kemi och många använder fortfarande ädelmetaller i sina komponenter. Batterier är skrymmande, tunga och – i början av en elbils liv – extremt energikrävande att tillverka. Det mesta av en elbils koldioxidskuld kommer från tillverkningen av dess batteri.
Som ett resultat av detta, om elbilar verkligen ska vara bättre än bensin- eller dieseldrivna bilar under hela deras livscykel – från skapandet till kassering – är återvinning eller återanvändning av litiumjonbatterier en nödvändighet. Det är en fråga som brottas med just nu med mer än 250 000 ton förbrukade batterikomponenter som skapas per miljon elbilar som når slutet av deras liv enligt forskare från universiteten i Leicester och Nottingham.
Många framsteg görs dock och här tittar vi på hur EV-batterier kan förvandlas från avfall till användbara råvaror.
Först och främst kan över 90 procent av ett elbilsbatteri återvinnas (närmare 100 procent i de flesta fall) enligt Veolia. Det enda som sannolikt kommer att minska denna siffra är ekonomin eftersom endast delar av elbilsbatterier kommer att gå med vinst för ett återvinningsföretag. Men med reglering skulle företag kunna få mandat att maximera vad som återvinns och detta ses redan genom saker som EU:s batteridirektiv som innebär att minst 50 procent av ett batteri måste återvinnas.
För det andra finns det många företag i Storbritannien och på de största elbilsmarknaderna som redan är dedikerade till batteriåtervinning. RSBruce – ett sedan länge etablerat företag för återvinning av ädelmetaller – har öppnat en dedikerad anläggning för att specifikt hantera Storbritanniens batteriavfall. Det franska företaget Veolia har precis meddelat att det kommer att ha en anläggning som kan återvinna 20 procent av Storbritanniens EV-batteriavfall till 2024. SYNETIQ, ett annat brittiskt återvinningsföretag, öppnade sin första dedikerade batterianläggning för uttjänta batterier. år. Många fler är på väg.
För det fjärde börjar tillverkarna själva ta ansvar för återvinningen. VW har öppnat en pilotanläggning i Salzgitter, tyska, som återvinner 3600 batterisystem per år. Renault återvinner redan nästan alla sina elbilsbatterier – genom demontering eller andra användningsområden. GM i USA siktar på att återvinna upp till 100 procent av det återvinningsbara materialet från sina elbilsbatterier till 2025 och alla andra elbilstillverkare investerar i initiativ.
Slutligen, och som nämnts ovan, handlar återvinning inte bara om att demontera batterier. Renault, BMW, Nissan, Volkswagen – och andra elbilstillverkare – investerar alla i projekt som återanvänder "förbrukade" elbilsbatterier för användning i energilagring och energiförsörjning, med Renaults mobila lagringsenheter på bilden. Kallas "second life" och är ett effektivt sätt att använda batterier som fortfarande går att använda, men som inte uppfyller kraven från elbilar.
Det finns flera olika sätt att återvinna ett elbilsbatteri med mer effektiva, renare och mer effektiva metoder som hela tiden utvecklas. I alla fall är de material som återvinningsföretagen verkligen vill ha de värdefulla metallerna som litium, nickel och kobolt eftersom dessa kan återanvändas i nya batterier och dessutom är svåra att kassera tack vare deras giftighet.
I den minst effektiva och mest grundläggande delen av återvinning är demontering genom fragmentering. Batterianod- och katodmaterial placeras bokstavligen i en industriell dokumentförstörare för att reducera dem till "svart massa" - ett pulver som består av både avfall och önskvärda ämnen. Detta bearbetas sedan antingen genom smältning i en ugn – den minst effektiva, smutsigaste och mest slösaktiga metoden – eller hydrometallurgi. Detta använder olika lösningsmedel och syror för att få de dyrbara materialen att läcka ut ur den svarta massan, även om denna process är mycket vattenkrävande och producerar giftigt avfall.
Även om ovanstående metoder är de vanligaste för tillfället, förnyas nya, koldioxidsnåla och effektivare metoder. Forskningscentret ReCell i USA har banat väg för en ny metod som kallas "skumflotation".
Det är en process som har använts i gruvindustrin i över ett sekel för att separera olika malmer beroende på om de flyter eller sjunker. Även om katodmaterial i allmänhet sjunker och är svåra att separera, introducerar en kemikalie som gör att litiumnickel-mangan-koboltoxiden flyter, vilket gör separationen lättare och har ingen effekt på vare sig prestanda eller renhet hos katodmaterialet.
De flesta befintliga återvinningsmetoder offrar kvalitet och är därför till mindre användbara för att tillverka nya elbilsbatterier. Froth floatation, som är banbrytande av det amerikanska batteriåtervinningsorganet ReCell Centre, gör det möjligt för fler återvunna produkter att gå tillbaka till produktionslinjerna för nya batterier, vilket förbättrar miljökraven och påverkar kostnaderna genom att minska behovet av råmaterial från gruvdrift.
Veolia, som snart öppnar sin nya fabrik i West Midlands, använder en process som den kallar "urban mining". Det låter fancy men det är i huvudsak bara att återvinna värdefullt batterimaterial med hjälp av befintliga metoder. Termen kommer till sin rätt när den beskriver hur återvinning av befintliga batterier kommer att minska behovet av att bryta råvaror. Veolia menar att den genom återvinning – även kallad "urban mining" – kan minska mängden vatten som används vid batteriproduktion avsevärt och minska utsläppen av växthusgaser från produktionen med cirka 50 procent.
Medan över 90 procent av de flesta nuvarande litiumjonbatteriers komponenter kan återvinnas, som visas ovan, är processerna genom vilka detta sker inte enkla. Vad vissa batteritillverkare och experter nu gör är att designa återvinningsbarhet till celler i produktionsfasen. Denna omtanke om batterier skulle göra det enklare och renare att återanvända dem vid slutet av deras livslängd.
En annan faktor är den ökande rörelsen mot att ta bort kobolt från batterikemin. Detta kommer att förenkla återvinningsprocessen och minska dess toxicitet. Stellantis, till exempel, vill ha en ny, koboltfri batterikemi i produktion till 2024. Nissan gör likaså för att minska kostnaderna och förbättra prestanda, och de flesta andra stora biltillverkare är på väg i den riktningen.
Den globala batterijätten, CATL, planerar att avskaffa litium helt. Det arbetar på natriumjonbatterier – något som skulle minska kostnaderna för batterier tack vare natriums överflöd och enkla extraktion. Det finns kompromisser genom att natriumjonbatterier vanligtvis är mindre energitäta än litiumjonbatterier. Å andra sidan har de en längre livslängd, kan laddas snabbare, fungerar bra vid svala temperaturer och är mindre benägna att bränder på flykt.
Slutligen kommer batteriåteranvändningen att växa avsevärt. Så kallade "cirkulära ekonomier" skapas av tillverkare genom de andra livssystemen vi nämnde ovan. Tesla planerar att återvinna sina batterier så att det minskar behovet av nyutvunna material till nästan noll. Enligt CTO, JB Straubel:"Tesla utvecklar fler processer för att förbättra batteriåtervinningen för att få tillbaka mer av de aktiva materialen. Vad vi vill ha är en sluten slinga som återanvänder samma återvunna material.”
Vissa EV-skeptiker kommer att peka på förbrukade batterier och säga att det är en avfallskatastrof i vardande men så är det inte. I slutändan, medan batterier innehåller material som elbilstillverkare vill ha och som kommer att minska deras kostnader, kommer återvinningen att blomstra. Utöver det kommer regeringar nästan säkert att reglera industrin för att säkerställa att deponi hålls till ett minimum och att farliga kemikalier hanteras korrekt.
Vad som är viktigt att komma ihåg i allt detta är att alla moderna elbilsbatterier kommer att ha en livslängd på minst 10 år. De flesta elbilstillverkare garanterar sina celler för ungefär så lång tid och minst 100,00 miles. Vi har sett exempel på vissa elbilar, som en Tesla Model X, som samlat på sig över 400 000 miles på originalceller. Dessutom, när och när ett nytt batteri behövs, är det en relativt enkel process att byta ut det. Det finns till och med en växande industri av oberoende företag (som Cleevley EVs) som eftermonterar nya, större och effektivare batteri- och elektroniska hanteringssystem till äldre elbilar med första generationens Nissan LEAF-bilar som nu har 60+kWh-batterier och modern kraftelektronik, vilket förlänger deras livslängd. och förbättra ägarupplevelsen.
