Akkutehtaiden määrä maailmassa on kasvanut räjähdysmäisesti, kun päästöjen vähentämiseen ja sähköistymiseen liittyvät tavoitteet ovat alkaneet siirtyä sanoista tekoihin. Tehtaat valmistavat monimutkaisilla prosesseilla arvokkaista ja usein kriittisistä raaka-aineista aktiivimateriaaleja akkujen sydämiin, jotka tuottavat virtaa sähköautoihin ja älylaitteisiin. Prosessien monimutkaisuudesta kertoo korkea hukkaan menevän materiaalin osuus. Etenkin uusilla tehtailla 5-30% materiaalista on tuotannon hävikkiä.
Nykyisillä kierrätysmenetelmillä roskakoriin päätynyt akkumateriaali käy läpi rajun prosessin, missä hukkamateriaali sulatetaan korkeissa lämpötiloissa tai käytetään happokylvyissä. Globaalisti käytetyimmissä litiumakkujen kierrätysmenetelmissä, monet materiaalit, kuten litium itse jäävät kuitenkin usein kierrättämättä. Lisäksi materiaalien hyödyntäminen uusissa akuissa vaatii merkittävän määrän uudelleen prosessointia, sillä alkuperäinen akun toiminnan mahdollistava aktiivimateriaalin rakenne on tuhoutunut kierrätysprosessissa.
Torinon Polyteknisessä yliopistossa valmistuneessa opinnäytetyössäni tutkin, miten akkujen tuotannon hävikki aktiivimateriaali voitaisiin kierrättää tehokkaammin ilman arvokkaan aktiivimateriaalin tuhoamista. Tutkin menetelmää, jossa virrankerääjiin kiinnitetty aktiivimateriaali kerättiin talteen lämmittämällä näytteitä nykyistä teollisuuden käyttämiä lämpötiloja matalimmilla asteilla. Näin voidaan heikentää aktiivimateriaalin ja virrankerääjän välistä liimaa tuhoamatta aktiivimateriaalin rakennetta. Tämän jälkeen kierrätetty materiaali hyödynnettiin suoraan uusien akkujen valmistuksessa.
Tutkimuksessa havaittiin, että matalan lämpötilan lähestymistapa oli taloudellisesti kannattava ja vähensi akkumateriaalien tuotantoon liittyviä päästöjä merkittävästi. Lisäksi uudet akut, joissa aktiivimateriaalina oli litium-rautafosfaatti, saavuttivat kohtuullisen suorituskyvyn. Positiivisten tulosten innoittamana jatkan aiheen parissa väitöskirjatutkijana. Tavoitteena on kehittää innovatiivisia menetelmiä akkujen tehokkaampaan ja vastuullisempaan kierrätykseen.
Lotta Lassila
Kuva: Akkujen tuotannosta yli jäänyt elektrodi sekä neljä akkua, jotka on valmistettu tästä ylijäämämateriaalista uusiokäytön testausta varten.
Lue myös artikkeli Cleaner Environmental Systems – lehdessä:
Technical, economic and environmental analysis of production scraps direct recycling from lithium-ion battery manufacturing