I ett Sverige som strävar efter minskade utsläpp av växthusgaser kommer elektrifiering vara en av de viktigaste metoderna. En ökande andel variabel elproduktion kommer ytterligare utmana den redan ansträngda överföringskapaciteten hos elnätet och kräver olika energilagringslösningar som exempelvis batterier. Batterier krävs också i sektorer som tidigare använt fossila bränslen, som olika industrier och transportslag, vilka kommer förlita sig alltmer på avancerade datasystem och eldrift av fordon. Kort sagt, produktionen av batterier väntas öka drastiskt för att bidra till minskad global uppvärmning.

Nya metoder minskar energiförbrukningen

För att även uppnå mål om resursutnyttjande och minimerad miljöpåverkan måste framtida litiumjonbatterier ingå i cirkulära system där de enskilda grundämnena som krävs för att åter bygga upp ett batteri utvinns ur förbrukade produkter. Nya återvinningsmetoder använder hydrometallurgiska processer, liknande gruvindustrins, för att få ut fler material och i större proportion än från de tidigare använda pyrometallurgiska processerna. Eftersom de nya metodernas flesta delmoment endast kräver temperaturer under 100^oC minskar även energiförbrukningen. Ur en energiaspekt har därmed återvinningsprocesserna förbättras.

Däremot ger processerna upphov till kemiska utsläpp och då batterier består av en komplex kemi så är dessa utsläpp svåra att kartlägga, speciellt då även de nya återvinningsmetoderna har ökat i komplexitet. Ett batteri innehåller inte enbart de elektroaktiva övergångsmetallerna, där litium är en av flera, utan även en mängd passiva komponenter, exempelvis bindematerial och plasthölje. Dessa är ofta organiska material som måste separeras från de aktiva batterikomponenterna genom förbehandlingsmetoder innan övergångsmetallerna kan utvinnas. Oftast är detta outnyttjade fraktioner och alltså inte välstuderade. Figur 1 visar ett ställe i livscykeln där de två miljöaspekterna energiförbrukning och kemiska utsläpp är relevanta.

PFAS-material i batterier ute på marknaden

Ett av de mest aktuella organiska materialen ur ett miljöperspektiv är PFAS, vilket är en grupp kemikalier som alla har deras persistens gemensamt, alltså lång halveringstid för nedbrytbarhet. Många av dessa har även toxiska och bioackumulerande egenskaper samt hormonstörande effekter. Arbetet ingick i ett samarbete mellan Stockholm universitet, Chalmers, RISE och SWERIM med flera och undersökte om dessa ämnen kan finnas i nya batterier alternativt bildas vid återvinningen. En specifik PFAS väl förekommande i bindematerialet i batterier är PVDF, vilket är en organisk polymer med alternerande väte- och fluorbindningar. I sig är den inert, men kan innehålla rester av så kallade surfaktanter av PFAS som består av kortare kedjor vilka kan vara skadliga för människor och natur. Då optimeringar sker kontinuerligt inom batteriutvecklingen, finns troligen ett flertal PFAS-material i batterier ute på marknaden. Första slutsatsen av rapporten var därmed att litiumjonbatterier innehåller PFAS av något slag. 

I arbetet genomfördes även experimentella undersökningar av prover som genomgått flera steg av förbehandling för att bestämma dess PFAS-innehåll. Då analytiska tekniker inte kan detektera alla PFAS, utvecklades en ny metod som mäter mängden fluor bundet till kol, då dessa ämnen till största del borde utgöras av PFAS. Det fastställdes att vissa separerade komponenter efter förbehandling fortfarande innehöll organiskt material, som i sin tur var fluorerat till en signifikant mängd. Fortsatt arbete riktar in sig på att identifiera specifika substanser.

Överväganden kring batteriåtervinningsprocesser

EU utvecklar för närvarande en strikt lagstiftning om PFAS som kommer reglera användningsområden för PFAS. I den kommer vissa förbjudas helt medan andra kommer tillåtas inom en övergångsfas tills bättre material kan introduceras. Detta för att minimera risken för stor framtida påverkan på människa och miljö. Batterier kan anses vara en essentiell produkt och därmed kan det vara så att material av PFAS tillåts, men med krav om att undvika utsläpp till omgivningen. För att undvika hinder för effektiv batteriåtervinning i framtiden är det därför i industrins intresse att kartlägga utsläpp av PFAS i sina anläggningar och försöka minimera dessa utsläpp. Med en övergång från mindre energiintensiva metoder kan fler resurser utvinnas ur uttjänta batterier, men möjligen även producera kemiska utsläpp som rest. 

Amanda Rensmos examensarbete, Per- and Polyfluoroalkyl Substance (PFAS) Emissions from Recycling Processes of Lithium-Ion Batterie, som insikten bygger på.