En betydande del av kolavtrycket vid tillverkningen av elbilar kommer från framställningen av bilarnas litiumbatterier. Förutom i elbilar används litiumbatterier också i de flesta moderna laddningsbara elapparater – från mobiltelefoner till skruvdragare. Tillverkningen av litiumbatterier förknippas ofta med de mer eller mindre sällsynta metaller som används vid produktionen. Förutom litium behövs det nickel, kobolt, koppar, mangan, och aluminium. Det som det talas mindre om är att anoden i batterierna tillverkas av kol – och det inte vilken kol som helst.
Sammansättningen av kolet måste vara sådant att batterierna kan laddas och urladdas många gånger utan att batterikapaciteten försämras – och helst skall laddningen kunna ske snabbt.
Stora Enso har nu utvecklat en process där kolet till anoderna kan tillverkas av lignin, ett ämne som är en biprodukt vid cellulosatillverkningen. Användningen av träbaserad råvara för kolanoderna gör att klimatavtrycket kan minskas rejält vid batteritillverkningen. Kolet vid anoderna står för ungefär 20-30 procent av batteriernas vikt.
Om vi tar det från början. Grovt förenklat består litiumjonbatterier av en positiv elektrod, katoden, och en negativ elektrod, anoden. Då batteriet laddas flyttar sig litiumjonerna från katoden till anoden där de lagras tills batteriet används och laddas ur, då rör sig jonerna tillbaka till katoden.
Anoden består av kol som behövs för att hålla kvar litiumjonerna, annars laddar batteriet ur sig med det samma. Det vanligaste typen av kolanoder består i dagens läge av grafit.
Kineserna dominerar på grafitmarknaden
Grafit utvinns i dagens läge antingen ur gruvor, så kallad ”naturlig grafit” eller så framställs den syntetiskt. I praktiken förädlas all naturlig grafit som används vid batteritillverkning i Kina.
Det är en av orsakerna till att den globala batteriproduktionen är väldigt Kina-beroende. Ett beroendeförhållande som västvärlden gärna vill minska på.
Syntetisk grafit tillverkas i sin tur genom en energiintensiv process av olja och koks under höga temperaturer, vilket inte är speciellt klimatvänligt.
Grafit är en form av kol där atomerna bildar platta skikt. Det kol som Stora Enso framställer ur ligninet kallas för hårt kol och är mera tredimensionellt och poröst än den grafit som vanligtvis används i batterier. Det gör att batterierna snabbare kan laddas och urladdas, samtidigt som prestandan vid låga temperaturer är bättre.
– Snabbare laddning minskar behovet att bygga ut laddningsinfrastrukturen för elbilar och gör det möjligt att använda mindre batteripaket i bilarna. Som läget är nu är användningen av ligninbaserade anoder det billigaste sättet att öka laddningskapaciteten, säger Otto Kivi som är affärsutvecklare för batterimaterial vid Stora Enso.
Lignin används nu mest som bränsle
Stora Enso har utvecklat en ny metod för att tillverka det hårda kolet som används till anoderna av lignin. Lignin är en av grundkomponenterna i trä, vid sidan av cellulosa och hemicellulosa.
Lignin försämrar egenskaperna för papper, så vid kemisk massatillverkning separeras det limaktiga ligninet bort från cellulosan. Som en restprodukt i processen uppstår svartlut, som till stor del består av lignin.
De flesta massafabriker som tillverkar kemisk massa bränner svartluten i en panna och får värme och elektricitet som slutprodukt. Men massaindustrin har under ett antal år arbetat på att hitta annan och mer värdefull användning för svartlutet än att elda upp den.
Vid Stora Ensos fabrik Sunila i Kotka separeras lignin i stor skala från svartlut sedan några år tillbaka. Största delen av ligninet som utvinns vid fabriken används för att ersätta fossilbaserade limämnen som fenol, till exempel vid tillverkningen av fanerskivor och isoleringsmaterial. Produktionskapaciteten är 50.000 ton lignin per år.
Kol till anoder görs genom pyrolys
För ett par år sedan började man vid fabriken i Sunila utveckla en process för att framställa sådant hårt kol som kan användas vid batteritillverkning. Genom en specialutvecklad pyrolysprocess, det vill säga upphettning utan tillgång till syre, omvandlas lignin i pulverform till ett speciellt kolpulver som sedan kan användas som anodmaterial i litiumbatterier.
Ännu sker tillverkningen av kolpulvret, som fått namnet Lignode, i pilotskala. Meningen är att i en snar framtid börja planeringen av ett par fabriker som skulle klara av att producera 35.000 ton hårt kol per år. På längre sikt tror Stora Enso att omsättningen för produkten kan uppgå till en miljard euro.
I somras meddelade Stora Enso att de inlett ett utvecklingssamarbete med batteritillverkaren Northvolt. Det bolaget håller som bäst på att bygga en stor fabrik för tillverkning av litiumbatterier i svenska Skellefteå.
Ett liknande intentionsavtal gjordes i oktober mellan Stora Enso och det norska bolaget Beyonder, som utvecklar nya lösningar för energilagring.