Kierrätysakut kaukana tulevaisuudessa

Akkujen määrä on kasvanut ja kasvaa edelleen jyrkästi ja ne kestävät pitkään. Kasvun ennustetaan tällä vuosikymmenellä vain kiihtyvän. Kasvukäyrien sojottaessa jyrkästi koilliseen kierrätysikään tulevia noin kymmenvuotiaita akkuja on aina liian vähän. 

– Tänään valmistettavat akut vanhenevat kierrätyskuntoon joskus ensi vuosikymmenellä, jolloin uusia akkuja tarvitaan kymmenkertaisesti se mitä tänään, materiaalitekniikan apulaisprofessori Mari Lundström Aalto-yliopiston kemian tekniikan ja metallurgian laitokselta kuvaa tilannetta.

Euroopassa arvioidaan, että 2030-luvun alussa vasta noin 10–30 prosenttia akkujen raaka-aineista saataisiin kierrätysakuista.

– Vaikka kierrätyksellä ei vielä pitkään aikaan ratkota raaka-aineen tarvetta, se on välttämätöntä ja siihen pitää panostaa jo nyt. Meillä on vielä kymmenen vuotta aikaa hienosäätää ja kehittää kierrätysprosesseja sellaisiksi, että erilaiset häviöt ovat niissä minimissään ja arvokkaat raaka-aineet saadaan parhaiten talteen.

Sekamelska metalleja ja kemikaaleja

Perinteisten lyijyakkujen massasta pystyy helposti kierrättämään lähes kaiken, sillä niissä on vain muutama raaka-aine. Modernit litiumakut sen sijaan ovat vaikeita kierrättää, sillä niitä kehitettäessä keskityttiin lähinnä varastointikyvyn maksimoimiseen, eikä kierrätettävyyttä mietitty. 

– Litiumakku on aikamoinen sekamelska kaikkea mahdollista: kobolttia, nikkeliä, kuparia, alumiinia, litiumia ja grafiittia, elektrolyyttiä, fluoria ja polymeerikalvoa, joita akuissa on hyvinkin pieninä määrinä toisiinsa sekoittuneena.

Tähän asti on vaadittu, että tuosta massasta kierrätetään vähintään puolet. Nyt akuille ollaan laatimassa uusittua kierrätysdirektiiviä, jossa kierrätysaste nousee ja johon sisältyy myös metallikohtaisia tavoitteita. 

– Direktiivi on nyt kommentointikierroksella, ja jos se menee tällaisena läpi, kierrätysvaatimus on koboltille ja nikkelille jopa 95 prosenttia. Ja litium, jota aikaisemmin ei käytännössä ole kierrätetty, pitäisi nyt kierrättää 70-prosenttisesti, Lundberg sanoo.

– Tähän asti litiumakuista on lähinnä otettu talteen mekaanisessa esikäsittelyssä saatavat kotelojen rauta ja murskatun akun isommissa partikkeleissa lymyävät kupari ja alumiini. Pienen partikkelikoon akkumetallit, kuten nikkeli, koboltti, litium, mangaani, grafiitti ja osa kuparista, ovat ’mustaa massaa’, joka on mennyt pyro- tai hydrometallurgiseen käsittelyyn. Jälkimmäisen merkitys kasvaa nyt kierrätysvaatimusten kiristyessä, sillä vesipohjaisessa prosessissa saadaan helpommin erotettua esimerkiksi litium ja mangaani, eikä grafiittia polteta hiileksi.

Mietitympiä prosesseja kehittämään

Lundström muistuttaa, että periaatteessa joka ikinen atomi on mahdollista saada talteen, mutta jossakin vaiheessa prosessiin joudutaan tunkemaan enemmän energiaa ja kemikaaleja kuin mitä siitä saadaan irti. Kierrätysprosesseja kehitettäessä niiden ympäristövaikutukset pitäisi laskea ja julkaista heti alusta lähtien, mieluiten jo tutkimuslaboratoriossa. 

Vastaan tulevista vaihtoehdoista voitaisiin silloin aina valita vähiten haitallinen ja siten ohjata kehitystä pienimmän ympäristöjalanjäljen suuntaan.

Yhtään akkuteknologiaan liittyvää kehitysprosessia – edes akateemista projektia – ei pitäisi aloittaa ilman kierrätystutkimuksellista tulokulmaa.

– Nykyisin voidaan mallintaa ja simuloida asioita ja vertailla erilaisia simuloituja skenaarioita ja niiden ympäristövaikutuksia. Mallit eivät ole täydellisiä, mutta ne paranevat jatkuvasti sitä mukaa kun saadaan uutta tietoa, Lundström sanoo.

– Ympäristöjalanjälki ja hyötysuhde kulkevat yleensä käsi kädessä, sillä kemikaalikustannusten minimointi myös vähentää käytetystä energias­ta tai kemikaalien valmistuksesta aiheutuvia päästöjä. Toki on muitakin ympäristön kannalta seurattavia indikaattoreita, kuten happamoitumispotentiaali tai aineiden myrkyllisyys.

Uhkaako kierrätysvaatimusten nostaminen tehdä kierrätyksestä taloudellisesti kannattamatonta? Lundströmin mielestä toimijoita pitää vaatia tekemään kaikki se, mikä on järkevää. 

– Joidenkin aineiden talteenotto on kannattavampaa kuin joidenkin toisten. Tähän asti asiat on tehty aina helpoimman ja kannattavimman kautta. Kuitenkin on myös paljon prosesseja, jotka eivät ole hirveän kannattavia, mutta eivät tappiollisiakaan. Niitäkin kannattaisi regulatorisesti vaatia, jotta turhien kaivosten perustamiselta vältyttäisiin. 

Ei kuitenkaan pidä edellyttää sellaista kierrätystä, joka tuhoaa ympäristöä enemmän kuin mitä se antaa, Lundström huomauttaa. 

– Yhtään akkuteknologiaan liittyvää kehitysprosessia – ei edes akateemista projektia – ei pitäisi aloittaa ilman kierrätystutkimuksellista tulokulmaa. Muuten yleisessä käytössä on pian taas yksi uusi teknologia, jonka kierrätettävyyttä tai edes raaka-aineiden globaalia riittävyyttä kukaan ei ole pohtinut.

Tärkeätä olisi kehittää akkutyyppejä, joissa käytettäisiin maapallolla yleisiä metalleja, vaikka sitten suorituskyvyn kustannuksella. Tämä jo sen takia, että vältyttäisiin kauppasodilta.

– Kun jokin teknologia on valittu, tulemme riippuvaisiksi siinä käytettävistä kriittisistä raaka-aineista. On hämmästyttävää, kuinka riippuvaisia esimerkiksi olemme harvinaisista maametalleista, joita ei tehdä eikä kierrätetä Euroopassa ollenkaan.