De recycling van accu’s voor elektrische auto’s kan eenvoudiger, goedkoper en milieuvriendelijker, zo blijkt uit een nieuw wetenschappelijk artikel van de Chalmers University of Technology in Zweden, waarin een geoptimaliseerd recyclingproces wordt geschetst.

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Waste Management en is uitgevoerd door enkele van ‘s werelds meest vooraanstaande deskundigen op dit gebied. Naarmate het gebruik van elektrische voertuigen (EV’s) toeneemt, gaat er steeds meer aandacht uit naar het beperken van de milieu-impact tijdens productie. Zo verwachten autofabrikanten op termijn de gebruikte materialen opnieuw te kunnen gebruiken. Maar dat klinkt eenvoudiger dan het is. Recycling- en terugwinningsprocessen voor EV-batterijen en de kritische ruwe metalen die bij de productie ervan worden gebruikt, worden dus een steeds belangrijker onderzoeksterrein.

Een methode die momenteel veel belangstelling geniet, is een combinatie van thermische voorbehandeling en hydrometallurgie. Bij die laatste wordt waterchemie gebruikt om de metalen terug te winnen. Verschillende bedrijven zijn bezig met de ontwikkeling van systemen die van deze combinatie gebruik maken. De onderzoekers ontdekten dat deze bedrijven bij hun processen sterk uiteenlopende temperaturen en tijden hanteren, en dat er grote behoefte bestond aan een vergelijkende studie om het optimale thermische behandelings- en hydrometallurgische proces voor de recycling van lithium-ionbatterijen te bepalen.

30 minuten, kamertemperatuur

Een belangrijke bevinding van de nieuwe studie was dat het hydrometallurgische proces bij kamertemperatuur kan worden uitgevoerd. Dit is iets dat nog niet eerder is getest, maar dat grote voordelen kan opleveren in de vorm van minder milieueffecten en lagere kosten voor het recyclen van de batterijen. Het proces kan ook aanzienlijk sneller worden uitgevoerd dan eerder werd gedacht.

“In sommige gevallen kan het zo ver gaan als het verlagen van de temperatuur van tussen de 60 en 80 graden Celsius, naar kamertemperatuur, en van enkele uren naar slechts 30 minuten”, zegt Burcak Ebin, onderzoeker bij het Department for Chemistry and Chemical Engineering van Chalmers en een van de hoofdauteurs van het artikel.

De onderzoekers onderzochten hoe de verschillende stappen – thermische voorbehandeling en hydrometallurgie – door elkaar worden beïnvloed. Er werd een belangrijke vergelijking gemaakt tussen twee verschillende benaderingen van thermische voorbehandeling: verbranding en pyrolyse. De laatste is zonder zuurstof en wordt als milieuvriendelijker beschouwd. De onderzoekers stelden vast dat dit de beste resultaten opleverde.

“Om te voldoen aan de enorme behoefte aan recycling van batterijen die eraan zit te komen, moeten de processen die momenteel in gebruik zijn zo effectief en efficiënt mogelijk worden gemaakt, dus deze studie biedt kennis van onschatbare waarde voor de fabrikanten en exploitanten van deze technologie. De methoden die we presenteren kunnen ook worden gebruikt om de recycling van alle soorten lithium-ionbatterijen te optimaliseren”, legt Martina Petranikova uit, universitair hoofddocent aan het Department of Chemistry and Chemical Engineering van Chalmers, die ook heeft samengewerkt met Northvolt, een van Europa’s grootste batterijfabrikanten, door te helpen bij de ontwikkeling en implementatie van hun recyclingprocessen.

Voortdurende optimalisatie

Om de recycling van batterijen voor elektrische auto’s op het voor de toekomst vereiste volume te brengen, moeten de kosten radicaal worden verlaagd. “Daartoe moeten we de stappen in het recyclingproces verkleinen. We werken momenteel aan verschillende projecten met dat doel. Nauwe samenwerking en goede communicatie tussen onderzoekers en de ontwikkelaars van de technologie zullen uiterst belangrijk zijn om de uitdagingen waar we voor staan tot een goed einde te brengen”, aldus Petranikova.

Een voorbeeld hiervan is zichtbaar wanneer we kijken naar een nieuwe trend die zich heeft verspreid onder de producenten van EV-batterijen: solid-state batterijen. Deze batterijen bevatten aanzienlijk meer verschillende metalen, wat de recycling veel moeilijker maakt. “Als onderzoekers zien wij de noodzaak in van een wereldwijde standaard voor een maximum aantal metalen in deze batterijen”, bepleit Petranikova.

Foto boven: De laboratoriumopstelling voor het uitlogingsproces met de uiteindelijke waterige oplossingen die teruggewonnen metalen en vaste residuen met grafiet bevatten