Väitös, materiaalien prosessointi, DI Heikki Lappalainen

Väitöskirjan nimi: Life cycle assessment of lithium processing from hard rock and spent battery materials

Väittelijä: Heikki Lappalainen 
Vastaväittäjä: apulaisprofessori Robert Istrate, Institute of Environnemental Sciences (CML) – Leiden University, Alankomaat
Kustos: professori Mari Lundström, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Malmi- ja akkujäteperäisen litiumin tuotannon elinkaariarviointi

Litiumin kysyntä kasvaa litiumioniakkujen lisääntymisen myötä. Tämä edellyttää litiumin tuotannon lisäämistä sekä ensisijaisista, kuten litiumpitoisista suolavesistä ja malmeista, että toissijaisista lähteistä, kuten akkukierrätyksestä. Erilaisten tuotantoreittien ympäristövaikutukset on arvioitava ja optimoitava, jotta vihreään siirtymään liittyvä ympäristön kuormitus voidaan minimoida. Tämä väitöskirja tarkastelee litiumin tuotannon ympäristövaikutuksia spodumeenirikasteesta ja akkukierrätyksestä. Prosessimallinnukseen perustuvaa elinkaariarviointia hyödynnetään vaikutusten arvioinnissa tutkimalla erilaisia hydrometallurgisia prosessiskenaarioita.

Tulokset osoittavat, että litiumin tuotanto spodumeenirikasteesta on ympäristöä vähemmän kuormittavaa, kun käytetään hiljattain lanseerattua soodaliuotusta perinteisen rikkihappopasutukseen perustuvan prosessin sijaan. Sama pätee molemmille tarkastelluille tuotteille, litiumkarbonaatille ja litiumhydroksidille. Lisäksi tuotteiden välinen vertailu viittaa siihen, että litiumkarbonaatin tuotannon ympäristövaikutukset ovat suuremmat kuin litiumhydroksidin. Lisäksi, jos jommallakummalla tuotantotavalla – sooda- tai rikkihappoprosessilla – tuotettu litiumkarbonaatti muunnetaan edelleen litiumhydroksidiksi, karbonaattiprosessien ympäristövaikutukset nousevat entisestään verrattuna suoraan litiumhydroksidin tuotantoon. Kaikista tutkituista ensisijaisista tuotantoprosesseista soodaliuotuksella, jossa tuotteena on litiumhydroksidi, havaittiin pienimmät ympäristövaikutukset. Kaikissa prosesseissa energiaan liittyvät virrat, kuten höyry ja sähkö, vastasivat tyypillisesti suurimmasta osuudesta päästöjä. Myös kemikaalien, kuten rikkihapon, lipeän, soodan ja kalkin tuotannolla havaittiin olevan suuri vaikutus ympäristökuormitukseen useimmissa vaikutuskategorioissa. Akkujen kierrätyksestä tuotetulla litiumilla voidaan nähdä olevan pienemmät ympäristökuormat kuin spodumeenista tuotetulla litiumilla.

Prosessimallinnusta on ehdotettu suositelluksi tavaksi hankkia toissijaista tietoa elinkaariarviointeihin, jos ensisijaista tietoa ei ole saatavilla suoraan laitokselta. Menetelmään liittyy kuitenkin väistämätöntä epävarmuutta, sillä prosessisimulaatioiden laatu vaikuttaa suoraan niistä saatavan tiedon laatuun. Tätä periaatteellista epävarmuutta tutkittiin herkkyysanalyyseillä sekä laatimalla lisäksi yksinkertaistettuja prosessimalleja. Tulokset ovat osin tulkinnanvaraisia, eivätkä tarjoa yksiselitteisiä johtopäätöksiä. Sen sijaan, ne korostavat tarvetta arvioida prosessimallinnukseen pohjautuvan elinkaariarvioinnin luotettavuutta esimerkiksi kattavan herkkyysanalyysin avulla. Tästä huolimatta prosessimallinnukseen perustuvan elinkaariarvioinnin todettiin tuottavan arvokasta tietoa erilaisten prosessiskenaarioiden ympäristövaikutusten arviointiin, erityisesti, kun skenaariot eivät ole liian lähellä toisiaan.

Avainsanat: litium, ympäristövaikutukset, elinkaariarvio, prosessimallinnus, spodumeenin prosessointi, akkukierrätys

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aalto-yliopiston riiputussivu.

Yhteystiedot: 
heikki.2.lappalainen@aalto.fi 
www.linkedin.com/in/heikki-lappalainen