• bioliuotus
• kierrätys
• litiumioniakut

Sähköautojen kysyntä on kasvanut viime vuosina räjähdysmäisesti. Akkuja suosiva kehityssuunta lisää metallien kysyntää erityisesti nikkelin ja litiumin osalta. Akkujen kierrätyksen ennustetaan kasvavan. Uudehkona menetelmänä on epäsuora bioliuotus.

Nikkelin tarpeen on ennustettu kasvavan noin 1 200 prosenttia vuosina 2020–2028. Kierrätykseen saapuvien käytettyjen sähköautojen akkujen määrän on ennustettu 20-kertaistuvan vuoteen 2040 mennessä. Vuonna 2022 litiumioniakuista kierrätettiin noin viisi prosenttia.

Epäsuora bioliuotus

Epäsuora bioliuotus on uudehko menetelmä kierrättää litiumioniakkuja. Menetelmänä epäsuora bioliuotus on:

• ympäristöystävällinen
• halpa
• nopea
• tehokas.

Bioliuotus on bakteerien tai sienien tuottaman biologisen orgaanisen tai epäorgaanisen hapon avulla tapahtuva kemiallinen liuotusprosessi, jolla akkujen sisältämät arvometallit muutetaan nestemäiseen muotoon, erotetaan toisistaan ja kerätään talteen.

Metallien ollessa tiukasti kiinnittyneinä toisiinsa katalyyttejä on usein käytetty liuotusprosessin tukena. Vetyperoksidi (H₂O₂) tai rauta(II)-ionit (Fe²⁺) ovat yleisesti käytettyjä pelkistimiä.

Opinnäytetyössä tutkittiin biologisesti tuotetun rikkihapon (H₂SO₄) avulla tapahtuvan epäsuoran bioliuotuksen soveltuvuutta litiumioniakkujen kierrätykseen. Alussa ei tiedetty, kuinka hyvin liuotus onnistuu 6 % massatiheydellä. Myöskin epävarmaa oli, kuinka vetyperoksidi ja rauta(II)-ionit toimivat katalyytteina samanaikaisesti. Tuloksia tutkittiin erityisesti liuotustehokkuuksia vertailemalla.

Tuloksista voitiin päätellä metallien, erityisesti litiumin ja manganaasin, liukenevan hyvin jopa 10 % massatiheydellä. Koboltin liuotusprosessiin tarvittiin avuksi vetyperoksidi. Kirjallisuudesta poiketen rauta(II)-ionit eivät toimineet toivotulla tavalla pelkistimenä. Todennäköisesti reaktiolämpötilat olivat nyt liian alhaiset.

Lähteet

American Chemical Society. 2022. Lithium ion battery recycling. Haettu 23. Toukokuu 2024. https://www.cas.org/resources/cas-insights/sustainability/lithium-ion-battery-recycling

Boxall, N. J.; Cheng, K. Y.; Bruckard, W. & Kaksonen, A. H. 2018. Application of indirect non-contact bioleaching for extracting metals from waste lithium-ion batteries. Journal of Hazardous Materials. Vol. 360, 504–511. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2018.08.024

Ghassa, S.; Farzenegan, A.; Gharabaghi, M. & Abdollahi, H. 2021. Iron scrap, a sustainable reducing agent for waste lithium ions batteries leaching: An environmentally friendly method to treating waste with waste. Resources, Conservation and Recycling. Vol. 166, 105348, 1–10.  https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2020.105348

McKinsey & Company. 2023. Supply of EV batteries for recycling worldwide in 2020, with a forecast from 2025 to 2040 (in kilotons). Statista. Statista Inc. Vaatii kirjautumisen. Haettu 12. Toukokuu 2024. https://www-statista-com.ezproxy.turkuamk.fi/statistics/1415407/ev-battery-recycling-supply-worldwide/

Mining Association of Canada 2021. Projected metal demand growth for battery production worldwide by 2028 (in percent). Statista. Statista Inc.. Vaatii kirjautumisen. Haettu 17. Huhtikuu 2024. https://www-statista-com.ezproxy.turkuamk.fi/statistics/665038/projected-growth-in-metal-demand-for-battery-production-worldwide/

Artikkeli perustuu Theseuksessa julkaistuun opinnäytetyöhön: Meriläinen, K. 2024. Non-contact bioleaching of black mass from waste lithium-ion batteries. Opinnäytetyö. Turun ammattikorkeakoulu.

Artikkelikuva: Proakku.fi.