Akkujen kierrätysyritys Primobius validoi yhdessä VTT:n kanssa uuden hydrometallurgisen prosessiketjunsa, tarkensi sen parametreja ja pystyi osoittamaan, että lähes kaikki arvokas metallipitoinen aines voidaan ottaa talteen erittäin puhtaiksi materiaaleiksi.
Lyhyesti
Primobius halusi vahvistaa pilottimittakaavassa, että sen uusi nikkeli-mangaani-koboltti (NMC) -litiumakkujen hydrometallurginen kierrätysprosessi toimi odotetulla tavalla.
VTT toteutti koko prosessiketjun pilottilaitoksessaan – mukaan lukien liuotuksen, epäpuhtauksien poiston ja metallien erottelun.
Testien perusteella Primobius sääti prosessin parametreja ennen skaalausta kaupallisen tuotannon tasolle.
Primobius – SMS Groupin sataprosenttisesti omistama tytäryhtiö – toimittaa ja rakentaa tehokkaaseen litiumioniakkujen kierrätykseen tarkoitettuja kokonaisvaltaisia ratkaisuja ja laitoksia. Yritys tarjoaa skaalautuvia ja ympäristön kannalta kestäviä ratkaisuja akkumateriaalien talteenottoon ja toimittaa kierrätyslaitoksia maailmanlaajuisesti. Primobiuksen kierrätyslaitokset sisältävät erittäin puhtaiden metallien talteenoton erilaisista akkukemioista, -tyypeistä ja -formaateista, mikä mahdollistaa niiden kierrätyksen takaisin akkujen toimitusketjuihin.
Kasvava tarve akkujen kierrätykselle
Liikenteen ja teollisuuden nopea sähköistyminen lisää litiumioniakkujen ja niiden sisältämien kriittisten metallien, kuten litiumin, nikkelin, koboltin ja mangaanin, kysyntää. Nämä arvokkaat resurssit ovat myös strategisesti tärkeitä Euroopan vihreälle siirtymälle. EU on nykyisin hyvin riippuvainen näiden raaka-aineiden tuonnista, mikä tekee siitä alttiin toimitusketjun häiriöille ja geopoliittisille riskeille. Samaan aikaan kertyy huomattavia määriä käytöstä poistettuja akkuja, jotka aiheuttavat ympäristövaikutuksia.
Akkujen kierrätyslaitosten rakentajana Primobius pyrkii vastaamaan näihin haasteisiin innovatiivisella monivaiheisella kierrätysprosessillaan, joka muuttaa litiumioniakkujätteen toissijaisten raaka-aineiden lähteeksi ja pienentää uusien akkujen hiilijalanjälkeä.
Tulokset tarjosivat meille näkemyksiä prosessin jokaisesta vaiheesta.
Uuden prosessin validointi ennen skaalausta
Ennen kuin Primobius käynnisti tehtaan, joka hyödyntää uutta prosessia esimerkiksi sähköajoneuvoissa käytettävien NMC-akkujen kierrätykseen, yhtiö halusi varmistaa, että prosessi toimii odotetusti.
”VTT:n tiloissa oli mahdollista käydä läpi kaikki prosessivaiheet pilottitasolla – liuotuksesta ja neste-nesteuutosta analytiikkaan – mikä teki siitä ihanteellisen valinnan”, sanoo vanhempi prosessi-insinööri Pelin Altinkaya Primobiukselta.
Projektiin kuului niin sanotun mustan massan – mekaanisen kierrätyksen jälkeen jäljelle jäävän hienon, murskatun akkumateriaalin – käsittely kaikkien yksikköoperaatioiden läpi. Hanke oli sikäli poikkeuksellinen, että VTT toteutti prosessiketjun kokonaisuudessaan, askel askeleelta.
”Alkuperäinen tavoitteemme oli käydä läpi koko prosessiketju liuottamisesta epäpuhtauksien poistoon ja edelleen tuoteliuoksiin”, muistelee VTT:n tutkija Elina Oksanen. ”Harva toimija pystyy toteuttamaan näin laajan pilottihankkeen, mutta VTT:llä oli mahdollista ajaa koko ketju läpi laboratoriossamme ja tarjota lisäksi online-analytiikkaa prosessin etenemisen seuraamiseksi.”
Asiakkaan näkökulmasta kokeiden ulkoistaminen VTT:lle oli myös taloudellisesti järkevää. Oman koelaitoksen rakentaminen olisi vaatinut merkittäviä investointeja.
”Kemiallisia prosesseja tutkittaessa siirtyminen laboratoriovaiheesta pilottivaiheeseen on äärimmäisen tärkeää. Meillä on osaamista ja tarvittavat tilat tehdä asioita, jotka vaatisivat asiakkaalta merkittäviä investointeja, jos he tekisivät työn itse. Pilottivaiheen toteutus antaa mahdollisuuden nähdä vuorovaikutussuhteita, joita ilmenee vain suuremmassa mittakaavassa. Se auttaa välttämään yllätyksiä tehdastasolle skaalattaessa”, sanoo asiakkuuspäällikkö Harri Latonen VTT:ltä.
Näkemystä prosessien optimointiin
Projektin aikana VTT tarjosi Primobiukselle:
Syvällistä hydrometallurgian osaamista
Pilottilaitteistot kokonaisvaltaiseen prosessien optimointiin
Online-analytiikkaa.
Kokeiden tuloksena VTT pystyi onnistuneesti osoittamaan, että lähes kaikki mustan massan arvokkaat metallit voitiin erottaa erillisiksi, puhtaiksi jakeiksi, jolloin jäljelle jäi mahdollisimman vähän jäämiä sisältävä puhdistettu liuos. Tämä vahvisti Primobiuksen luottamusta prosessin tulevaan teolliseen käyttöönottoon.
”Tulokset tarjosivat meille näkemyksiä prosessin jokaisesta vaiheesta. Useimmat lopputulokset olivat odotetun mukaisia, mutta yllättävät tulokset olivat yhtä arvokkaita – ne osoittivat, mitä meidän tulee parantaa ja miten hienosäätää parametrejamme tehdastason toimintoja varten. Esimerkiksi liuotusvaiheen toteutuksella oli suora vaikutus seuraaviin vaiheisiin”, Altinkaya sanoo.
Arvostamme koko projektin ajan käytyjä avoimia keskusteluja ja odotamme innolla tulevaa yhteistyötä.
Luottamukseen perustuvaa yhteistyötä
Molemmat osapuolet korostavat, kuinka yhteistyölle oli keskeistä avoimuus ja jatkuva tietojen vaihto. Yhteistyö oli käytännönläheistä ja iteratiivista, ja Primobius seurasi testejä tiiviisti sekä analysoi tuloksia yhdessä.
”Projekti todella perustui molemminpuoliseen osallistumiseen. Asiakas oli tiiviisti mukana jo suunnitteluvaiheesta lähtien, mikä teki yhteistyöstä sekä intensiivistä että palkitsevaa”, Oksanen sanoo.
Primobiukselle projekti osoitti, mikä arvo riippumattomalla tutkimusosaamisella on teollisten prosessien skaalaamisessa.
”VTT reagoi nopeasti aina, kun haasteita ilmeni ja antoi välitöntä palautetta. Arvostamme koko projektin ajan käytyjä avoimia keskusteluja ja odotamme innolla tulevaa yhteistyötä”, Altinkaya päättää.
