Väitös, materiaalien prosessointi, MSc Diana Arellano-Sanchez

Väitöskirjan nimi: Prospective life cycle assessment of hydrometallurgical battery recycling routes

Väittelijä: Diana Arellano-Sanchez
Vastaväittäjä: apulaisprofessori Jouni Havukainen, LUT University
Kustos: professori Mari Lundström, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Tämä opinnäyte arvioi uusia, vielä varhaisessa kehitysvaiheessa olevia (matalan teknologisen kypsyystason) akkukierrätysreittejä. Tutkimuksessa tarkasteltiin kuutta hydrometallurgista reittiä. Prosessisimuloinnin avulla arvioitiin prosessien sisään meneviä ja ulos tulevia virtoja, ja elinkaariarvioinnilla (life cycle assessment, LCA) kvantifioitiin niiden ympäristövaikutuksia.

Tavoitteena oli arvioida näiden reittien ympäristövaikutuksia tilanteessa, jossa suunnitteluratkaisuja voidaan yhä muuttaa. Tämä tulevaisuusorientoitunut lähestymistapa tunnistaa ongelmallisia kohtia prosessisimuloinnissa ja ympäristövaikutusten keskittymiä LCA:ssa. Menetelmä osoittaa, millä alueilla tarvitaan lisätutkimusta ja missä parannuspotentiaali on suurin.

Kokonaisuutena tulokset viittaavat siihen, että kuusi arvioitua hydrometallurgista reittiä tuovat ympäristöhyötyjä verrattuna neitseellisten raaka-aineiden louhintaan. Samalla kuitenkin havaittiin, että neste-nestenuutto saattaa kemikaalien uusimisen (0–5%) myötä muodostua prosessin keskeiseksi ympäristökuorman lähteeksi. Jatkossa tutkimuksen tulisi keskittyä reitteihin, jotka parantavat litiumin talteenottosaantoa. Koska litiumin talteenotto tapahtuu akkukierrätysprosessien viimeisissä vaiheissa, kokonais-saannot jäivät tämän työn simuloiduissa prosessikaavioissa 89 prosenttiin. Lisäksi tarvitaan lisätutkimusta koboltin ja nikkelin talteenotosta uuton, kristalloinnin ja elektrolyyttisen talteenoton (electrowinning) avulla, sillä prosessikaaviot täyttävät EU:n akkujen kierrätysasetuksen vuoden 2027 tavoitteet (90%), mutta jäävät vajaaksi vuoden 2031 tavoitteista (95%). Vaikka mangaanille, grafiitille ja titaanidioksidille ei ole asetettu erillisiä tavoitteita EU:n akkuasetuksessa, niiden talteenotto edistäisi vaatimusta, jonka mukaan akkujen kokonaismassan kierrätyksen tulee olla 70% vuoteen 2030 mennessä. Siksi näitä materiaaleja ei tule sivuuttaa akkujen kierrätysprosesseissa.

Tulokset voivat auttaa tutkijoita ja teknologiakehittäjiä priorisoimaan kehitystyötä. Tutkimus tuotti myös avointa dataa, jota muut tutkijat ja LCA-asiantuntijat voivat hyödyntää ja laajentaa. Hydrometallurginen akkujen kierrätys on lupaava vaihtoehto primääriselle louhinnalle, mutta sen suorituskyky riippuu vahvasti avaintekijöistä (esim. kemikaalien käyttö, käytetyn energian lähde tai prosessien säätö). Ympäristövaikutusten varhainen arviointi on olennaista kestävien ratkaisujen kehittämiseksi.

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

Yhteystiedot:
https://www.aalto.fi/en/department-of-chemical-and-metallurgical-engineering/hydrometallurgy-and-corrosion-hydromet?check_logged_in=1 
https://www.linkedin.com/in/diana-arellano-san/