Miljöpåverkan av litiumjonbatterier

Avbildning av en litiumjoncell

Ett litiumjonbatteri från en Samsung -telefon

Litiumbatterier är primära batterier som använder litium som anod . Denna typ av batteri kallas också för ett litiumjonbatteri och används oftast för elfordon och elektronik. Den första typen av litiumbatteri skapades av den brittiske kemisten M. Stanley Whittingham i början av 1970-talet och använde titan och litium som elektroder. Tyvärr begränsades applikationer för detta batteri av de höga priserna på titan och den obehagliga doften som reaktionen gav. Dagens litiumjonbatteri, modellerat efter Whittingham-försöket av Akira Yoshino , utvecklades först 1985.

Miljöpåverkan

Den fysiska brytningen av litium och produktionen av litiumjoner är båda arbetsintensiva processer. Dessutom är de flesta batterier inte korrekt återvunna.

Extraktion

Utvinningsprocessen av litium är mycket resurskrävande och använder specifikt mycket vatten i utvinningsprocessen. Det uppskattas att 500 000 liter vatten används för att bryta ett metriskt ton litium. Med världens ledande land inom produktion av litium är Chile, litiumgruvorna ligger på landsbygden med ett extremt mångsidigt ekosystem. I Chiles Salar de Atacama, en av de torraste platserna på jorden, används cirka 65 % av vattnet för att bryta litium; lämnar många av de lokala bönderna och medlemmar av samhället att hitta vatten någon annanstans. Tillsammans med fysiska konsekvenser för miljön kan arbetsförhållandena bryta mot normerna för hållbar utvecklingsmål. Dessutom är det vanligt att lokalbefolkningen är i konflikt med de omgivande litiumgruvorna. Det har funnits många berättelser om döda djur och förstörda gårdar i de omgivande områdena av många av dessa gruvor. I Tagong, en liten stad i den tibetanska autonoma prefekturen Garzê, Kina, finns det uppgifter om döda fiskar och stora djur som flyter nerför några av floderna nära de tibetanska gruvorna. Efter ytterligare undersökningar fann forskare att detta kan ha orsakats av läckage av avdunstningspooler som sitter i månader och ibland till och med år.

Förfogande

Litiumjonbatterier innehåller metaller som kobolt, nickel och mangan, som är giftiga och kan förorena vattenförsörjning och ekosystem om de läcker ut från deponier. Dessutom har bränder på soptippar eller batteriåtervinningsanläggningar tillskrivits olämplig kassering av litiumjonbatterier. Som ett resultat kräver vissa jurisdiktioner att litiumjonbatterier återvinns. Trots miljökostnaderna för felaktig kassering av litiumjonbatterier är återvinningsgraden fortfarande relativt låg, eftersom återvinningsprocesser förblir dyra och omogna.

Ändlig resurs

Även om litiumjonbatterier kan användas som en del av en hållbar lösning, är det kanske inte jordens bästa alternativ att byta alla fossilbränsledrivna enheter till litiumbaserade batterier. Det råder ingen brist ännu, men det är en naturresurs som kan utarmas. Enligt forskare på Volkswagen finns det cirka 14 miljoner ton litium kvar, vilket motsvarar 165 gånger produktionsvolymen 2018.

Återvinning

EPA har riktlinjer för återvinning av litiumbatterier i USA. Det finns olika processer för engångsbatterier eller uppladdningsbara batterier, så det rekommenderas att batterier av alla storlekar lämnas till speciella återvinningscentraler. Detta kommer att möjliggöra en säkrare process för att bryta ned de enskilda metallerna som kan återvinnas för vidare användning.

Det finns för närvarande tre huvudmetoder som används för återvinning av litiumjonbatterier, de är:

Pyrometallurgisk återhämtning

Processerna inom den pyrometallurgiska återvinningen inkluderar pyrolys, förbränning, rostning och smältning. Just nu kan de flesta traditionella industriella processer inte återvinna litium. Den huvudsakliga processen är att extrahera andra metaller inklusive kobolt, nickel och koppar. Det finns en mycket låg återvinningseffektivitet i material och användning av kapitalresurser. Det finns höga energikrav tillsammans med gasbehandlingsmekanismer som kommer att producera en mindre volym av gasbiprodukter.

Hydrometallurgisk metallåtervinning

Hydrometallurgi är tillämpningen av vattenlösning för att återvinna metall från malmer. Det används vanligtvis för återvinning av koppar. Denna metod har använts för andra metaller för att hjälpa till att eliminera problemet med svaveldioxidbiprodukter som mer konventionell smältning orsakar.

Direkt återvinning

Även om återvinning är ett alternativ, är det fortfarande i allmänhet dyrare än att bryta själva malmerna. Med den ökande efterfrågan på litiumjonbatterier är behovet av ett mer effektivt återvinningsprogram skadligt med många företag som tävlar om att hitta den mest effektiva metoden. En av de mest pressande frågorna är när batterierna tillverkas, återvinning anses inte vara en designprioritet.

Ansökan

Det finns många användningsområden för litiumjonbatterier eftersom de är lätta, uppladdningsbara och kompakta. De används mestadels i elfordon och handhållen elektronik, men de används också alltmer i militära och rymdtillämpningar .

Avbildning av ett batteripaket i en BMW i3

Elektriska fordon

Den primära industrin och källan till litiumjonbatteriet är elfordon (EV). Elfordon har sett en massiv ökning av försäljningen de senaste åren, med över 90 % av alla globala bilmarknader som har EV-incitament på plats från och med 2019. Med denna ökning av försäljningen av elbilar och den fortsatta försäljningen av dem kan vi se en betydande förbättring av miljöpåverkan från minskningen av beroendet av fossila bränslen . Det har gjorts nyligen studier som utforskar olika användningsområden för återvunna litiumjonbatterier specifikt från elfordon. Specifikt den sekundära användningen av litiumjonbatterier som återvunnits från elfordon för sekundär användning vid rakning med hög effektbelastning i Kina har visat sig vara effektiv för nätföretag. Med de miljöhot som utgörs av förbrukade litiumjonbatterier i kombination med framtida försörjningsrisker för batterikomponenter till elfordon, måste återtillverkning av litiumbatterier övervägas. Baserat på EverBatt-modellen genomfördes ett test i Kina som kom fram till att återtillverkning av litiumjonbatterier endast kommer att vara kostnadseffektivt när inköpspriset för förbrukade batterier förblir lågt. Återvinning kommer också att ha betydande fördelar för miljöpåverkan. När det gäller minskning av växthusgaser ser vi en minskning med 6,62 % av de totala växthusgasutsläppen med användning av återtillverkning.

Se även

• Batteri av aluminiumjon
• Batteriåtervinning
• Glasbatteri
• Litiumbatteri
• Litium-svavelbatteri
• Natriumjonbatteri
• Kaliumjonbatteri
• Elbilars miljöpåverkan
• Pyrometallurgisk
• Hydrometallurgi