Sammendrag (Norwegian)

Miljødirektoratet har på vegne av Nordisk Ministerråds arbeidsgruppe for sirkulær økonomi, gitt Eunomia Research & Consulting Ltd (Eunomia) og Mepex Consult AS (Mepex) i oppdrag å kartlegge:

Forskjellige teknologier og verdikjeder for produksjon av elbil batterier, med fokus på nordiske land.
Identifisere eventuelle risikomomenter for kartlagte teknologier.
Beskrive mulige utslipp og miljøpåvirkninger som er forbundet med verdikjedene.
Finne barrierer mot sirkularitet i hver av verdikjedene.

Hovedfokus i kartleggingen har vært på produksjon, sammensetning, innsamling og håndtering av elbilbatterier i Norge, Sverige og Finland. Kunnskap om teknologier som muliggjør reduserte utslipp og miljømessig risiko gjennom sentrale deler av verdikjeden, er også vurdert.

Hovedformålet med utredningen var å etablere et kunnskapsgrunnlag for videre arbeid med Best Available Technology (BAT) referanse dokument (BREF). Prosjektet omfatter ikke produksjon av råvarer til batteriproduksjon, heller ikke bruk av batteriene.

Bakgrunn

Elbiler er det raskest voksende segmentet i mobilitetssektoren i Europa. EUs «Fit for 55-pakke» innførte utslippsreduksjonsmål for kjøretøy, og elbiler er ansett som en viktig teknologi for å nå disse målene. Til tross for fordelene i bruk, kan den totale livssyklusen til elbilbatterier føre til skadelige utslipp og miljørisiko. Dette gjelder særlig utarming av lokale naturressurser ved utvinning av metaller, en betydelig risiko for brann og eksplosjon ved resirkulering og noe risiko ved bruk av elbilbatterier.

Utvikling og produksjon av elbilbatterier i Europa anses som en strategisk nødvendighet i overgangen til mer bruk av ren energi, og som en bidragsyter til den europeiske bilindustriens konkurranseevne. På EU-nivå er regelverket for elbilbatterier først og fremst formet av fire sentrale direktiver og forordninger: batteridirektivet, batteriforordningen, rammedirektivet for avfall (WFD) og industriutslippsdirektivet (IED).

De nordiske landene følger EU-regelverket for håndtering av farlige produkter, og alle anlegg som omfattes må innhente tillatelser som setter vilkår for driften i tråd med IEDs krav.

Spesifiserte miljøhensyn i tillatelser gjelder for hvert trinn i verdikjeden for elbilbatterier. Disse går ut på å håndtere risikoen for brann, eksplosjon og kjemikalielekkasjer med tilstrekkelig merking og håndtering. Selv om disse forpliktelsene i stor grad er felles for hele Norden, kan kravene variere noe mellom de nordiske landene og i noen tilfeller mellom regionale myndigheter.

Verdikjeden for elbil batterier

I denne studien er verdikjeden delt inn i seks hovedtrinn med tilhørende undertrinn, som hver krever spesifikke teknologier. De seks hovedtrinnene er produksjon, distribusjon, transport, sortering, gjenvinning og resirkulering. Trinn som ikke inngår i denne studien, er utvinning av metallmalm, raffinering av råmaterialer, produksjon av utgangsmaterialer, produksjon av aktivt katodematerial (CAM), produksjon av elbiler samt bruk av batteriene.

Verdikjeden for elbilbatterier er internasjonal og består av mange aktører. I Norden regulerer lokale, regionale og nasjonale myndigheter aktiviteter innen mobilitet, industri, energi og miljø. Statlig finansierte investeringer som Enova, MISTRA og NFR er også viktige aktører i verdikjeden for elbilbatterier.

Produksjon

Produksjonsleddet i verdikjeden er energikrevende og står for rundt 40–60% av de totale utslippene fra produksjonen av en elbil. De fleste elbilbatterier er litium-ion-batterier på grunn av den høye lagringskapasiteten og energitettheten sammenlignet med andre batterikjemier. De er imidlertid forbundet med miljø- og ressursrisiko på grunn av geografisk fordeling av forekomsten av litium og andre metaller (f.eks. nikkel og kobolt).

Natriumioneteknologier anses som et potensielt alternativ til litium-ion batterier og er for øyeblikket den eneste tilsynelatende levedyktige kjemien som ikke inneholder litium. For at de skal kunne konkurrere kommersielt med litium-ion batterier, er det viktig å forbedre energitetthet og levetid. Andre innovative produksjonsprosesser er i ferd med å bli introdusert for å redusere utslipp og energiforbruk, blant annet tørr elektrodebelegging og elektronstråle sveising.

Distribusjon

På grunn av litium-ion batterienes innhold av flyktige organiske komponenter, er de underlagt en rekke reguleringer og obligatoriske sikkerhetstiltak ved distribusjon fra produksjonsanlegg til bilprodusent. Retningslinjene for transport av litium-ion batterier inkluderer opprettholdelse av en minimumslading for å redusere brannrisikoen, emballasjebeskyttelse mot ulike potensielle risikoer og merking med advarselsmerket for litiumbatterier for å advare om potensielle farer.

Sikker transport av elbilbatterier er viktig og fremmes gjennom strenge sikkerhetsprotokoller. Transporten er viktig for investeringer i forskning og utvikling av mer miljøvennlig batteriteknologi, mer resirkulering, riktige avhendingsmetoder og utvikling av lokale sirkulære verdikjeder.

Sistnevnte vil være avgjørende for å nå Nordens mål om å etablere et lukket europeisk batterinettverk og flere aktører er i gang med utvikling av sirkulære løsninger.

Innsamling og transport av brukte batterier

Utrangerte litium-ion batterier fra elbiler klassifiseres som farlige materialer i kategori 9, på grunn av deres ustabile termiske og elektriske egenskaper. Men også på grunn av risikoen for ukontrollert eksoterm kjedereaksjon, hvis de håndteres feil. Flere sikkerhetsforskrifter må overholdes for sikker transport av litium-ion-batterier til gjenvinningsanlegg, inkludert egnet emballasje.

Av hensyn til både sikkerheten og den økonomiske levedyktigheten er det viktig at førstelinjekontroller og behandling utføres så nær kunden som mulig. Ved å inkludere demontering i disse førstelinjekontrollene kan man også forhindre eller minimere kostnadene forbundet med flytting av unødvendige deler.

Testing

Det er flere tester som må utføres på batterier som når slutten på sin bruksperiode (EOL), for å fastslå batteriets helsetilstand (SOH) og gjenværende levetid (RUL), og disse varierer fra modell til modell. Det er flere risikomomenter forbundet med testing og demontering av batterier. Ukontrollert termisk kjedereaksjon, gasslekkasjer med tilhørende eksponering for tungmetaller, for å nevne noen.

Avanserte teknologier, som halvautomatisering og ikke-destruktiv inspeksjon, er under utvikling for å automatisere visse trinn i prosessen. Dette er viktig for å redusere risikoelementene og balansere avveiningene mellom høye kostnader ved detaljert batteri-skanning og den potensielle usikkerheten som billigere prosesser medfører.

Ombruk

Ombruk forlenger samlet levetid på litium-ion batterier, enten ved å bytte ut enkeltceller eller alternativ bruk av hele batteriet.

På grunn av press for å nå nullutslippsmålene og den økte oppmerksomheten rundt miljøprestasjon på batteriene, har det raskt blitt utviklet gjenvinningsprosesser. Tidlig ble det etablert en rekke selskaper som fokuserte på gjenbruk av batterier. Disse har hatt begrenset kommersiell suksess grunnet moderat tilgang på egnede EOL-batterier og økt tilgang på rimeligere batterier med enkel batterikjemi fra Østen.

Overhaling med tilhørende ombruk er det mest fordelaktige EOL-scenariet når det gjelder å øke verdien og minimere energiforbruket og utslippene gjennom hele livssyklusen. Dette alternativet stiller imidlertid de strengeste kravene til batterikvalitet. Når et større antall celler ikke når kravene til ladbarhet, er ombruk i energipakker et alternativ som sakte utvikler seg.

Gjenvinning

Hvis batteriets kapasitet er betydelig redusert, de skadede cellene ikke kan byttes ut eller batterikjemien er utdatert, er gjenvinning siste alternativet for å ta vare på dyrebare og knappe metaller. Dette er viktig for å redusere presset på naturressursene.

Gjenvinning av elbilbatterier begynner med fragmentering i kvern etterfulgt av en eller en kombinasjon av tre hoved teknologier: pyrometallurgiske prosesser som bruker høy temperatur for gjenvinning av metaller. Hydrometallurgiske prosesser som bruker vannkjemi, inkludert syrer og baser, for å løse opp verdifullt katodemateriale. Og direkte gjenvinning ved hjelp av manuelle eller mekaniske prosesser. Både pyro- og hydrometallurgiske prosesser er i utstrakt bruk i industriell skala, men begge disse prosessene er foreløpig forbundet med miljøutslipp som setter begrensinger for et sirkulært kretsløp. Det antas at kombinasjoner vil utvikles som øker gjenvinningsgraden fremover.

Det finnes svært få alternative teknologier for gjenvinning. Fokuset på forbedringer innen resirkulering kommer fra forbedring av eksisterende prosesser, bedre håndtering og reduksjon av prosessutslipp.

Konklusjon

Det finnes en rekke teknologier som kan bidra til batterikjeden for elbiler.
Det er miljørisiko, avfallsprodukter og utslipp forbundet med hvert trinn i verdikjeden for elbilbatterier og hver teknologi.
Ettersom verdikjeden for elbilbatterier er i rask vekst og utvikling i alle ledd, finnes det ennå ikke spesifikke Best Available Technology (BAT), og BREF-dokumenter.
I tillegg til miljørisikoen på hvert trinn i verdikjeden for elbilbatterier, finnes det ulike barrierer for sirkulær bruk av batterier, fra forringelse av batterikapasiteten til kompleksiteten og kostnadene ved å bruke gjennomførbare alternativer.