Hvordan gjøre batteripakker mer bærekraftige

Det finnes mange måter å forbedre miljøavtrykket til batteripakker og batterisystemer gjennom hele livssyklusen, fra produksjon av battericeller til resirkulering. Da BMW utviklet Gen6-plattformen, kunngjorde de planer om å redusere bruken av primære materialer drastisk. Northvolt ønsket å produsere verdens grønneste battericeller, blant annet gjennom konsekvent bruk av fornybar energi. Tross alt, avhengig av beregningsmetoden, kreves det minst 60 til 80 kWh energi for å produsere én kilowattime batterikapasitet.

Kritiske råvarer

Celleprodusenter diskuterer ansvarlig og pålitelig anskaffelse av råvarer. Målet er å redusere bruken av kritiske råvarer som kobolt betydelig – det ønskede målet ville være å eliminere kobolt fra en fremtidig solid-state-battericelle, noe som er etterlengtet. Ifølge beregninger fra ESKP, Karlsruhe Institute of Technology (KIT) og Helmholtz Center Ulm, finnes det fortsatt rundt 18–48 g av det kontroversielle råmaterialet i battericellene til en elsykkel. Selv et kjøleskap krever rundt 10 g. En elbil krever mellom to og tolv kilo.

Vekt

Mange brukere jobber også intensivt med å redusere vekten på celler, pakker og moduler, noe som blant annet gjenspeiles i forskning på nye cellekjemier som litium-svovel. Andre strategier – som Teslas – fokuserer på å integrere pakker og moduler i applikasjonen for å spare vekt, materiale og plass. En titt på relevante forskningsrapporter, f.eks. fra RWTH Aachen University, avslører mye om mulighetene.* (*..)

Resirkulering

Resirkulering spiller også en stadig viktigere rolle. Store bilprodusenter som BMW og Porsche har kunngjort at de har til hensikt å strebe etter fullstendig lukket sløyfe for resirkulering av batteripakkene til elbiler. ANSMANN – som eksperter på utvikling av kundetilpassede, mindre pakker og batchmengder for systemleverandører med mobile løsninger – fokuserer på bedre data- og informasjonsevaluering av sine brukte celler og pakker. Målet: å evaluere restkapasiteten og kvaliteten på celler i bruk mer spesifikt. I tillegg er pakkene spesielt designet slik at individuelle pakker og celler kan byttes ut. Dette fører til lengre levetid for celler og skaper mulighet for målrettet bruk ved annen bruk, for eksempel i storskala lageranlegg.

Alternativ innfesting

Utviklingsekspertene innen mobil energi, batteripakker og ladeteknologi i Assamstadt har også en stund fokusert på et tidligere mindre bemerket aspekt ved miljøvennligheten til moduler og pakker: Utviklingen av ny, forbedret plast til bruk i festene i pakkene, samt det ytre skallet, f.eks. i elsykkel- og sparkesykkelpakker og andre e-mobilitetsløsninger for «last mile-« og småskala mobilitet.

Ingen grunn til å vente

Hele mobilenergibransjen er imidlertid fortsatt langt unna teknisk vugge-til-vugge-prosess: Mangelen på materialsykluser for de fleste materialene som brukes i elektronikk kompliserer også spørsmålet om livssyklusanalyse og CO2-avtrykk fra produkter. Likevel er det ikke nødvendig å påpeke dette og vente på kommersielle resirkuleringsanlegg for alle de kommende cellene. I stedet nærmer utviklingsavdelinger, logistikkavdelinger og ledere, som i dette tilfellet hos Ansmann AG, seg temaet «økodesign» på en rekke andre måter – i tråd med «R-ene» for bærekraftig produktdesign. Prinsippene:

Rethink

I utviklingsavdelingen, spesielt for større emballasjesystemer, kan dette implementeres på mange måter: Klips og skruing i stedet for liming, samt modulær konstruksjon. Begge deler tjener spesielt til å forbedre demontering og dermed resirkulerbarhet av systemer, samt deres reparasjonsmuligheter. Det som først ble implementert av Ansmann for år siden i det delte, utskiftbare batterisystemet GreenPack, blir nå mer og mer vanlig der det er mulig og støttes av kunder. Produsenter av medisinsk utstyr og produsenter av høykvalitets e-mobilitetsapplikasjoner er spesielt mottakelige for denne tilnærmingen. En ekstra fordel, ifølge observasjoner: Det som er lett å demontere er vanligvis også lettere å montere.

Refuse

På grunn av tekniske krav eller manglende tilgang til de foreløpige produktene er det vanligvis ikke (ennå) mulig å unngå problematiske ingredienser i selve batteripakken helt. Mange steder er det imidlertid mulig å si nei til bruk av plast. Målet: «Plastfri» der det er mulig. Dette har hatt en særlig innvirkning på ytteremballasjen til forbrukerprodukter, hvorav 99 prosent nå er redesignet til å bruke papp. Selv for mer kompleks emballasje av mer sensitive produkter finnes det nå en rekke alternativer for å jobbe med resirkulert støpt papp, papirflak i stedet for isopor, osv.

Reduce

På mange områder kan energiforbruket enkelt reduseres i tråd med økodesign-tilnærmingen. Dette gjelder både bruk og produksjon. Energieffektive produksjonsanlegg, som en nyutviklet motstandspunktsveisemaskin, men også samarbeid med leverandører, f.eks. gjennom nye plastblandinger for kapslinger til batterisystemer, er viktige i denne forbindelse. For eksempel resulterte overgangen til spesialutviklede plastlegeringer for GreenPack-batteripakken, i samarbeid med plastekspertene hos Borealis, i betydelige energibesparelser. Innen logistikk, der transportruter er uunngåelige, sikrer gjenbrukbare transportsystemer mellom partneranlegget i Kina og hovedkvarteret i Europa, sammen med volumoptimaliserte transportcontainere på paller, en bedre økologisk balanse, noe som også reduserer logistikkostnadene.

Lengre levetid for batteripakkene bidrar også til reduksjon av avfall: batteripakker av høy kvalitet med flere ladesykluser er den beste måten å forhindre eller redusere avfall på, f.eks. i elsykkelsektoren eller for elektroverktøy. Dette kan oppnås ved å bruke litium-jernfosfatceller og/eller skånsommere lading og utlading. En god batteripakkedesigner vil finne den optimale løsningen.

Regift/Repurpose/Upcycle

Dette er riktignok en fin detalj, men det er likevel et eksempel på hvordan dette aspektet også kan være effektivt i denne bransjen: I oppsirkuleringens ånd er håndtakene på andre generasjon av Greenpack-batteripakkens erstatningssystem laget av gamle fiskegarn. Enkelt å reparere og åpenbart en ny bruk.

Repair

Som nevnt er et reparasjonsvennlig systemdesign en forutsetning for å kunne bytte ut cellemoduler, for eksempel når elektronikken og huset fortsatt er i god stand. Det er vanskeligere å bytte ut individuelle celler, ettersom de nye cellene vanligvis må forhåndsaldres i klassiske styringssystemer for å kunne integreres i pakken. I dette tilfellet vil det være mer sannsynlig at de gjenværende cellene i modulen må brukes på nytt. Se neste punkt.

Reuse

Siden storskala PV-lagringssystemer er blitt mer etterspurt, har det oppstått et godt marked for battericellers annet liv, og mulighetene er langt fra uttømte. Dette krever imidlertid fungerende retursystemer som oppmuntrer og motiverer kundene, dvs. sluttbrukerne, til å faktisk returnere enhetene og dermed også cellene. Det ville være fornuftig å vurdere nye «overførings»-modeller for dette formålet, slik som de som allerede praktiseres av Ansmanns Greenpack-partner «Swobbee» med sine erstatningsbatterier. Enkelte bilprodusenter som Renault og Nio presenterer også spennende første implementeringer med leie-, leasing-, erstatnings- og pantbatterier, som det er verdt å følge med på.

Til syvende og sist vil løsninger der produsenten eller distributøren av batteriene kun får betalt for strømmen som forbrukes også være mulige. Alt annet, inkludert reparasjoner, service osv., vil forbli distributørens ansvar, som selv kan bestemme seg for den mest effektive og bærekraftige resirkuleringsmetoden.

Recycle

Som nevnt innledningsvis er dette klassiske eksemplet på bærekraftig design i batteripakkesegmentet fortsatt plaget av en rekke kjente problemer som ikke kan løses på nivået til batterisystemutvikleren og -produsenten. Vi ser imidlertid muligheter her på minst to områder: På den ene siden i de nevnte, lett demonterbare pakkene, kombinert med en god og pålitelig resirkuleringspartner med tilsvarende høye økologiske standarder og kunnskap, som det allerede holdes konsultasjoner med om resirkulerbarhet i visse utviklingsfaser. Forutsatt, som nevnt ovenfor, at det er mulig å få tilbake sine egne pakker gjennom passende insentiver.

For det andre, innen plast: Forskningsprosjekter som det prisbelønte forskningsprosjektet «Biobatteri» i samarbeid med Fraunhofer-instituttet for strukturell holdbarhet og systempålitelighet (Fraunhofer LBF) pågår fortsatt. Planen er imidlertid å snart kunne produsere tilstrekkelig stabile «organiske ark» fra C4-materialer, i dette tilfellet hampfibre i stedet for plast, som er egnet for serieproduksjon, for eksempel for elsykkelkapslinger.

Den siste «R»

Kanskje en dag vil den siste kjente «R»-en for bærekraftig produksjon og produktdesign også være oppnåelig innen elektronikk? R for «Red»: Komposterbarhet? Sannsynligvis ikke. Uansett er ikke 100 prosent innenfor rekkevidde for individuelle markedsaktører i komplekse systemer. Men bare de som starter kan nå sine mål.

Lang erfaring

Hvorfor ANSMANN? ANSMANN AG startet utviklingen av oppladbare batterier og batteripakker i 1991, og er i dag et av verdens ledende selskaper innen batterier, oppladbare batterier, lading, drivteknologi og belysningsteknologi med sine divisjoner «Forbruker» og «Industri». Med fem datterselskaper i Storbritannia, Frankrike, Sverige, Kina og Hong Kong, sysselsetter ANSMANN AG totalt over 400 personer innen forskning, utvikling, produksjon og salg. Ved hovedkvarteret i Assamstadt driver selskapet et produksjonsanlegg, sentral logistikk, et batterilaboratorium og et FN-testsenter.

Mobil strømforsyning

I divisjonen «Industri» utvikler og produserer ANSMANN AG OEM-løsninger for mobil strømforsyning for et bredt spekter av bruksområder. Kjente produsenter over hele verden bruker ANSMANN-teknologier innen områder som batteripakker, strømforsyninger, ladere og drivteknologi. Disse brukes for eksempel i hageredskaper som batteridrevne gressklippere, trimmere og vertikalklippere, innen medisinsk teknologi, logistikk og elektriske rullestoler, samt i feiemaskiner og støvsugere. 

http://www.ansmann.de