Chalmersforskaren separerar metaller med ny metod

Den globala elbilsförsäljningen har ökat rejält de senaste åren och det som driver denna utveckling är bland annat klimatfrågan och att komma bort från fossila bränslen. Elbilar orsakar mindre utsläpp av växthusgaser, men miljömässigt har de en nackdel genom batterierna och i takt med att elbilarna blir fler blir det också allt fler uttjänta elbilsbatterier.

Litiumbatterier, som är de vanligaste i elbilar, innehåller flera metaller som bland annat kobolt, nickel, litium och aluminium. Utvinningen av dessa metaller sker i många fall i länder där människor utnyttjas och där miljön påverkas negativt. Dessutom är flera av metallerna sällsynta. Det finns därför starka skäl till att öka återvinningen av dessa metaller.

Här kan kemiteknikforskaren Léa Rouquette på Chalmers vara något riktigt intressant på spåret. Hon har extra fokus på litium, som är mycket viktig i just elbilsbatterier tack vare dess höga energitäthet – vilket ger lång batteritid.

Genom den metod som har utvecklats av Léa Rouquette är det möjligt att återvinna 98 procent av det litium som finns i gamla elbilsbatterier. För några år sedan var återvinningsgraden endast en procent, men många aktörer arbetar nu med att öka återvinningen rejält.

Blandar och separerar

Vi träffas i labbet på Chalmers. Runt omkring Léa Rouquette står provglas med vätskor i olika färger och i förslutna påsar finns pulver i svart, grått och vitt. Det är också här som hon har utvecklat ett nytt sätt att separera de olika metallerna från varandra. Detta är svårt, för i ett bilbatteri blandas olika metaller och vid återvinning vill man ha rena fraktioner med varje metall för sig.  

Léa Rouquette tar fram ett svart pulver som ligger i en burk där det står ”the black mass”.

– Det ser ut som malda kaffebönor, men det är malda metaller som kommer från battericeller som har funnits i Volvos elbilar och som det finska företaget Akkuser har malt ner, förklarar Léa Rouquette.

– Om du tittar noggrant ser du några små ljusa prickar i pulvret. Det är aluminium och koppar. Dessa metaller är i en väldigt liten mängd jämfört med de andra metallerna, säger Léa Rouquette.

Hon demonstrerar sedan hur separationen av metaller fungerar. Det svarta pulvret läggs i en glasbehållare (reaktor) som till stora delar ser ut som en mixer man har i köket. Där blandar hon 50 gram pulver med en liter vätska som består av oxalsyra. Denna syra är betydligt mer miljövänlig än den som vanligtvis används och finns i naturen i bland annat rabarber och spenat.

Produktionen av oxalsyra produceras dock från kemisk syntes och är inte speciellt billig. Léa Rouquette hoppas därför att det framöver ska gå att återanvända mer av själva vätskan i denna process.

I reaktorn mixas pulvret med vätskan och därefter hettas det upp till 60 grader. En timme senare har det skett en separation. Vätskan ser numera grön ut och här finns litium och aluminium. Den andra delen av separationen har hamnat i ett pappersfilter och där har metallerna, som har en något fastare form, fastnat, och de har numera en lite mer grå nyans. Det handlar om nickel, mangan, kobolt och koppar.

– I nästa steg i min forskning ska jag separera litium och aluminium. De har olika egenskaper och bör därför inte vara så svåra att separera, menar Léa Rouquette.

Gör tvärtemot andra

Sättet som Léa Rouquette separerar de olika metallerna på låter logiskt när hon förklarar, men faktum är att hon har valt att göra tvärtemot hur man brukar göra i den vätskebaserade återvinningsmetoden som kallas hydrometallurgi.

Traditionellt fokuserar man först på att ta bort aluminium och koppar för att i nästa steg separera andra metaller, som ses som mer värdefulla. Men väldigt ofta återstår små mängder av aluminium och koppar och dessa rester måste tas bort för att man ska kunna använda de värdefulla metallerna. Det kräver flera reningssteg, vilket i sin tur orsakar onödigt spill. Den processen tar dessutom betydligt längre tid än den metod som Léa Rouquette har utvecklat.

– Det krävs exakta mått för att den nya metoden ska fungera på ett optimalt sätt och nu har jag validerat att den fungerar.

– Jag har 1,5 år kvar på min doktorandtjänst och jag hoppas kunna vidareutveckla processen fram till att jag disputerar, säger Léa Rouquette och låter optimistisk.

När hon får frågan om hur långt det kan vara kvar till industriell tillämpning blir hon däremot mer försiktig.

– Att gå från labb till industriell tillämpning tar alltid lång tid och för min metod tror jag att det kan ligga omkring fem år framåt i tiden. Det som vi har fått fram hittills har skapat ett stort intresse, så jag är positiv kring utvecklingen framöver, avslutar Léa Rouquette.

........................

Om elbilsbatterier

De flesta elbilar använder platta battericeller som ser ut som en mindre bok i storlek. Det finns också batterier som är gjorda av tusentals små battericeller. Den vanligaste sorten är litiumbatterier, som förutom litium även innehåller bland annat metallerna kobolt, koppar, mangan, aluminium och nickel.