Medforfatter: Fride Vullum-Bruer, SINTEF.
Med flere elbiler på veiene må vi tenke nytt om hva som skjer med batteriene når kjøreturen er over.
Brukte elbilbatterier er et uutnyttet potensial for Norge
Per september 2024 finnes det flere elbiler enn bensinbiler på veiene i Norge. Elektrifiseringen av kjøretøy i Norge startet tidlig sammenlignet med andre land i Europa, og nå er hundretusener av elbiler i sirkulasjon. Det betyr tusenvis av batterier som hvert år når sin forventede levetid. Når et elbilbatteri når åtti prosent av sin opprinnelige kapasitet, anbefales det å bytte det ut. De gamle batteriene – også kalt end-of-life (EoL) batterier – har likevel et stort potensial for videre bruk i stasjonære anvendelser. Dette gir Norge en stor, men foreløpig uutnyttet, mulighet.
Ved å forlenge levetiden til elbilbatterier reduseres behovet for å importere kritiske råvarer. I tillegg blir batteriets relative miljøfotavtrykk over hele livsløpet mindre. Nå finnes det nok EoL-batterier tilgjengelig til å skape en helt ny verdikjede for gjenbruk av utgåtte elbilbatterier der de brukte batteriene får et nytt liv.
Gjenbruk av elbilbatterier gir stort sett positive effekter. Fortsatt er det mange utfordringer som må løses for å få en vellykket oppskalering av markedet for gjenbruksbatterier. I det EU-finansierte prosjektet TREASoURcE har forskere fra SINTEF og finske VTT Technical Research Centre samarbeidet for å identifisere de viktigste utfordringene for integrering av gjenbruksbatterier i stasjonære anvendelser til blant annet lagring av overskuddsenergi fra solcelleproduksjon. Arbeidet har først og fremst bestått av en grundig litteraturgjennomgang av eksisterende teknologier for gjenbruk og ombruk, samt identifisering av forskjellige sirkulære forretningsmodeller og oversikt over det relevante lovverket i EU, Norge og Finland. I tillegg til litteraturgjennomgangen har forskere i prosjektet gjennomført intervjuer med mange aktører fra ulike deler av verdikjeden for å forstå hvordan disse gruppene ser på mulighetene innenfor dette forretningssegmentet, og hva de ser som de største barrierene for implementering av gjenbruksbatterier. Forskerne fant 10 utfordringer innen fire ulike kategorier: teknisk, lovgivning, økodesign og sikkerhet/pålitelighet.
Hovedutfordringer i gjenbruk av elbilbatterier
Tekniske og økodesign-relaterte utfordringer henger sammen og handler i stor grad om begrenset tilgang til historiske data, manglende standardisering i batteridesign, og rask utvikling av batteriteknologien.
Utformingen av batterier drives av optimalisering, med fokus på sikkerhet og avveininger mellom effektivitet, lave produksjonskostnader og – i tilfellet elbilbatterier – lav vekt. Dette innebærer at hver batteriprodusent eier sine (patenterte) batteridesign, med forskjellige geometrier for komponentene (celle, moduler og batteripakke) og monteringsmetoder (skruer, lim, sveising).
En rekke forskjellige cellekjemier, spesielt katodematerialer som benyttes på den positive elektroden, brukes i batteriene som er tilgjengelige på markedet. Denne variasjonen av batteriparametere tillater en fullstendig tilpasning av batteripakken for hver elbil, men gir også kompleksitet når det gjelder praksiser for demontering av EoL-batterier. Tidkrevende og tilpassede prosedyrer betyr svært kostbare praksiser. Standardisering av design for batteripakker er derfor nødvendig for å forlenge levetiden av batterier og gjøre gjenbruk lønnsomt.
Standardisering og datatilgang: kritisk for gjenbruk av elbilbatterier
Tilgang til historiske data om batteripakken skaper også ekstra utfordringer for demonteringsprosessen. Per 2024 er tilgang til de fleste opplysninger om batteriets bruk, antall og frekvens på sykluser, samt ladedetaljer, begrenset til produsenten. Selskaper som ønsker å evaluere helsetilstanden til et brukt batteri, har ikke lov til å hente ut eller bruke denne informasjonen. Heldigvis adresserer den nye EU-batteriforordningen, som trådte i kraft i august 2023, denne utfordringen. Forordningen dekker hele livssyklusen til batterier, inkludert produksjon, bruk, gjenbruk og resirkulering, for å sikre trygge, bærekraftige og konkurransedyktige batterier. For å sikre enkel og lovlig tilgang til batteriets egenskaper krever den nye forordningen at fra og med 2027 må alle nye batterier ha et digitalt batteripass som gir modell- og produsentdetaljer, sammen med viktig sikkerhetsinformasjon om batteripakkens helsetilstand.
Den nye forordningen fastsetter også at nye batteripakker skal inneholde en viss prosentandel resirkulerte materialer. Selv om det åpenbare målet er å redusere den stadig økende utvinningen av kritiske råvarer, et punkt som reiser spørsmål om batterienes bærekraft, reduserer denne tilnærmingen insentivet til å reparere, renovere eller gjenbruke EoL-batterier. Direkte resirkulering blir i stedet mer lønnsomt og sikrer at produsenter gjenvinner materialer til bruk i produksjonslinjene etter at et elbilbatteri har nådd sin gjennomsnittlige levetid på 7–10 år.
Sikkerhetsaspektet ved gjenbruk av elbilbatterier
Sikkerhet og pålitelighet er viktige temaer, spesielt for sluttbrukere. Mange av de nevnte utfordringene, inkludert begrenset tilgang til historiske data og ulike design på batteripakkene, utgjør også sikkerhetsutfordringer. Selskaper som overtar EoL-batterier må gjennomføre tester og demontere pakken med lite eller ingen informasjon om batteriet, noe som kan gjøre det usikkert. Faren øker også grunnet manglende protokoller for innsamling og lagring av EoL-batterier, samt for utforming av batterirom. Flere standarder og reguleringer for bygging av batterirom, som implementering av tilstrekkelige brannslukningssystemer og riktig ventilasjon, kan sikre at nye og renoverte stasjonære batterier kan installeres og brukes på en trygg måte. Sikker og regulert håndtering av batterier kan bidra til å redusere ulykker, og riktige transportprosedyrer vil begrense ulykker og store batteribranner, som for tiden bidrar til at mange får en negativ oppfatning av gjenbruksbatterier.
Manglende standarder og lovverk samt tekniske utfordringer hindrer utvikling av en sirkulær verdikjede for batterier. Flere nye internasjonale standarder er under utvikling, og den nye EU-batteriforordningen tar for seg noen av de identifiserte utfordringene. Det vil imidlertid ta tid før disse endringene trer i kraft, og et stort antall batterier uten digitalt batteripass vil nå EoL innen de neste 10 til 15 årene. Disse må samles inn og testes på en korrekt måte, og dagens SoH-diagnostikkmetoder er tidkrevende og kostbare. Forskning er derfor fortsatt nødvendig for å utvikle nye diagnostiske verktøy som reduserer tid og kostnader ved ombruk.
For mer informasjon om
Det største problemet med batteriene som leveres med el-biler fram til nå, er batteritypen Li-Po, som er lite egnet for energilagring.
Brannfaren er for stor med disse batteriene, mens LFP (LiFePo4) som ser ut til å bli mer vanlig i biler framover er mer egnet til dette.
LFP er mye mer brannsikre, og det skal mye til for at de forårsaker brann, ved bruk som energilagring.
Problemet som du nevner om forskjellige typer batteriløsninger de forskjellige produsentene bruker er også et stort problem, da disse ikke kan blandes på noen som helst måte.
Det er ikke så stort problem å finne SOH for cellene, men de må testes individuelt, og utstyret for slik, testing er relativt dyrt i anskaffelse.
Dette fordi man må teste hver enkelt celle, for å få en total oversikt over SOH o batteripakken.
For at dette skal bli tilstrekkelig effektivt, må man ha utstyr som kan teste mange celler om gangen, og dette gjør at utstyret blir dyrt i anskaffelse.
Det er også, som du nevner, lite retningslinjer for både behandlingen av cellene og bygging av en batteripakke på en trygg måte.
En vanlig elektriker med L-sertifikat har ingen anelse om hvordan man skal behandle, eller bygge en slik batteripakke på en trygg måte.
Jeg har jobbet med elektrisitet i hele mitt liv, fra elektronikk, til høyspent og har satt meg relativt godt inn i hvordan man skal behandle battericeller og hvordan man skal bygge en batteripakke på en trygg og god måte.
Dette er kunnskap jeg har tilegnet meg gjennom svært mye research om temaet, men jeg kan likevel ikke sertifisere en batteripakke på noen måte, uten at man har konkrete spesifikasjoner som skal følges og oppfylles for å kunne gjøre en slik sertifisering.
Temaet er noe jeg driver med, med stor interesse og jeg svært opptatt av sikkerhet rundt dette, da jeg har kunnskaper og forståelse for farene som skjuler seg i en battericelle, samt viktigheten og egenskapene til en BMS, som er avgjørende i en i en batteripakke for at den skal være trygg .
På grunn av dette bygger jeg kun batteripakker for energilagring av typen LFP (LiFePo4) celler, med BMS av høy kvalitet og med alle de nødvendige egenskapene.
Verden mangler det som kalles kritiske mineraler for produksjon av batterier. Nå hentes det opp mineraler fra havbunnen i internasjonalt farvann. Noe som viser seg har kritiske elementer for jordens befolkning på flere måter. Havbunnen holder på karbon, men gir også fra seg oksygen i en tilsvarende mengde som trenges for vi overhode kan leve. Det er beregnet at innånding av annen hvert innpust av oksygen kommer fra havet..
Veldig bra artikkel, Margaux! Lykke til videre med det bra arbeidet dere gjør!