Akkuarvoketjun kestävyyden kemialliset haasteet

Abstract

Akkuteollisuuden arvoketju, joka kattaa akkumineraalien louhinnan, jalostuksen, akkumateriaalien valmistuksen ja kierrätyksen, on keskeisessä roolissa globaalin sähköistymisen toteuttamisessa. Tämä pro gradu -tutkielma tarkastelee akkuarvoketjun kemiallisia haasteita kriittisten raaka-aineiden (CRM) ja akuissa käytettävien kemikaalien näkökulmasta sekä selittää Euroopan unionin CRMA-asetuksen tavoitteita akkuteollisuuden kestävyyden edistämisessä.

Euroopan unionin CRMA-asetus (Critical Raw Materials Act) pyrkii turvaamaan kriittisten raaka-aineiden saatavuuden ja vähentämään riippuvuutta tuontiraaka-aineista. Säädöksessä korostetaan kriittisten materiaalien, kuten litiumin, koboltin ja grafiitin, taloudellista merkitystä sekä tarvetta vähentää toimitusketjujen häiriöiden riskiä. CRMA tukee kestävää kiertotaloutta ja materiaalien korvaavien vaihtoehtojen kehitystä, mikä on olennaista akkuarvoketjun vakauden ja energiasiirtymän tavoitteiden saavuttamiseksi.

Tutkielmassa käsitellään erityisesti litiumin, koboltin ja grafiitin saatavuuteen ja prosessointiin liittyviä haasteita. Litiumin kohdalla keskeisiä haasteita ovat ympäristövaikutukset, kuten vesipula kuivilla alueilla sekä geopoliittiset riskit. Koboltin osalta haasteina ovat korkea hinta, rajallinen saatavuus sekä ympäristöongelmat, kuten happamien kaivosvesien muodostuminen, jotka vaativat monimutkaisia hallintaprosesseja. Grafiitin tuotantoon liittyvät geopoliittiset riskit ja kemiallisen prosessoinnin haasteet korostavat tarvetta kehittää vaihtoehtoisia anodimateriaaleja. Prekursorien ja elektrodimateriaalien valmistuksessa tarkastellaan sivutuotteena muodostuvan natriumsulfaatin ympäristövaikutuksia ja akkukennon valmistuksessa liuottimena käytetyn n-Metyylipyrrolidonin (NMP) korvaamista ympäristöystävällisemmillä liuottimilla. Tutkimuksessa tarkastellaan myös natriumioniakkuja mahdollisena vaihtoehtona litiumioniakuille.

Kierrätyksellä on keskeinen rooli akkuarvoketjun kestävyyden parantamisessa. Mekaanisen käsittelyn ohella pyro- ja hydrometallurgiset menetelmät mahdollistavat litiumin, koboltin ja nikkelin talteenoton, kun taas suorakierrätys tarjoaa energiatehokkaamman ratkaisun katodimateriaalien uudelleenkäyttöön.