Saadaanko tulevaisuuden akkumetallit käytetyistä akuista vai kaivoksista?

 | Tiede vaikuttaa!

Äkkiseltään voisi ajatella, että mineraalisilla raaka-ainevaroilla ja ilmastonmuutoksen hillitsemisellä ei ole keskenään paljonkaan tekemistä. Totuus on kuitenkin toinen, sillä ilmastonmuutosta hillitsevät teknologiset ratkaisut ja vaihtoehdot vaativat toteutuakseen niin sanottuja akkumineraaleja. Sen vuoksi akkumetallien kierrätykseen ja Suomen mineraalivarojen hyödyntämiseen etsitään nyt uusia keinoja.

Löytyykö pöytälaatikostasi käytöstä poistettu kännykkä? Aika monelta löytyy, vaikka oikeampi paikka sille olisi kierrätyslaitos. Kännykän sisältämille metalleille olisi nimittäin juuri nyt kysyntää akkuteollisuudessa, joka kasvaa vauhdilla.

Akkuja tarvitaan erilaisissa sähköisissä työkoneissa sekä uusiutuvan energian varastoinnissa. Kun kannettavan elektroniikan, kuten matkapuhelimien, tablettien ja kannettavien tietokoneiden määräkin samalla jatkuvasti kasvaa, lisääntyy akkujen tarve entisestään.

Yksi merkittävä akkujen käyttökohde ovat sähköautot, joiden määrää yritetään lisätä osana ilmastonmuutoksen vastaista kamppailua. Suomen kansallisessa energia- ja ilmastostrategiassa on asetettu tavoitteeksi, että maassamme olisi vuonna 2030 käytössä vähintään 250 000 sähkökäyttöistä autoa.

Haasteena akkujen tuottamisessa on, miten niihin tarvittavia metalleja ja mineraaleja saadaan riittävästi. Akkujen valmistamisessa tarvitaan esimerkiksi kobolttia, litiumia, nikkeliä, mangaania ja grafiittia. Näitä voidaan saada käyttöön kahdella tavalla: hyödyntämällä kallioperän mineraaleja ja kierrättämällä.

Sähköautojen kysynnän kasvun ennusteesta – maltillisesta tai rohkeasta – riippuen esimerkiksi koboltin tuotannon tulisi nykyisestä kasvaa vuoteen 2030 mennessä 54–135 prosenttia ja litiumin 347–877 prosenttia. Ennustaminen on kuitenkin hyvin vaikeaa teknologian jatkuvasta kehityksestä johtuen. Olemassa olevat kaivokset eivät yksin riitä vastaamaan metallien odotettuun kysyntään, vaan tarvitaan uusia hyödynnettäviä esiintymiä sekä tehokasta kierrätystä.

Professori Ari Jokilaakson mukaan kannettavat elektroniikkalaitteet ja niiden akut ovat tämän päivän ”monimetallikaivoksia”. Kuva: Anni Hanén-Kajander/Aalto-yliopisto

Metallien kierrätyksessä riittää tutkittavaa

Kierrätyksen mahdollisuuksia selvitetään Aalto-yliopiston kemiantekniikan korkeakoulussa.

– Kannettavat elektroniikkalaitteet ja niiden akut ovat tämän päivän ”monimetallikaivoksia”. Niistä olisi ehdottomasti saatava arvokkaat metallit talteen. Tällä hetkellä litiumioniakuista päätyy kiertoon vain noin viisi prosenttia, joten kierrätyksen tehostamiseksi on vielä paljon tehtävää, kertoo Aalto-yliopiston professori Ari Jokilaakso.

Jokilaakson mukaan yksi kierrätyksen pullonkauloista on se, että keräykseen, lajitteluun ja kierrätykseen tarvittava infrastruktuuri puuttuu useimmista maista. Toisena pulmana on ihmisten vähäinen tietoisuus kierrätyksen merkityksestä.

– Noin kolmannes maailman ihmisistä säilyttää vanhoja kännyköitään kotona pöytälaatikoissaan, Jokilaakso jatkaa.

Vaikka kuluttajat saataisiin kantamaan vanha elektroniikkaromunsa kierrätyspisteisiin nykyistä tehokkaammin, se ei vielä yksin riitä. Lisäksi pitää kehittää menetelmiä, joilla metalleja saadaan otettua talteen ja tuotettua toissijaisista raaka-aineista, kuten sähkö- ja elektroniikkaromusta ja teollisten prosessien kuonista. Arvokkaat metallit täytyy pystyä erottelemaan vähemmän arvokkaista materiaaleista puhtaasti ja tehokkaasti, jotta niitä voidaan käyttää aina uudelleen ja uudelleen.

– Tutkimme ja kehitämme keinoja, joilla akkujätteen arvokkaat tai hukkaan menevät metallit, kuten koboltti, nikkeli, litium ja mangaani, voidaan tunnistaa ja ottaa talteen. Se onnistuu esimerkiksi korkean lämpötilan sulatusprosessilla tai liuottamalla metalleja esimerkiksi happoihin, kertoo apulaisprofessori Mari LundströmAalto-yliopistolta.

Jokilaakson mukaan on myös tärkeää kehittää nykyisten perusmetallien tuotantoa niin, että siinä voidaan käyttää raaka-aineena kierrätettyjä, metalleja sisältäviä laitteita. Lisäksi on kehitettävä kokonaan uusia prosesseja, jotta kierrätysmateriaaleja voidaan hyödyntää.

– Kierrätysmateriaali ei kuitenkaan käy sellaisenaan uusiokäyttöön, koska romussa esiintyy alkuaineita, joita ei luonnon metallimineraaleissa normaalisti ole. Nämä alkuaineet aiheuttavat haasteita, minkä vuoksi tutkimmekin laajasti niiden käyttäytymistä ja vaikutusta prosesseihin, Jokilaakso kertoo.

Apulaisprofessori Mari Lundströmin mukaan akkujätteen metalleja tunnistetaan ja kerätään esimerkiksi korkean lämpötilan sulatusprosessilla ja liuottamalla metalleja happoihin. Kuva: Anni Hanén-Kajander/Aalto-yliopisto

Kierrätys yksin ei riitä

Kierrätys on tärkeä akkumineraalien lähde tulevaisuudessa, mutta akkumineraalien tarvetta se ei kokonaan ratkaise. Kysynnän kasvaessa myös tarve kallioperän mineraalisten raaka-ainevarojen hyödyntämiseen lisääntyy.

EU:n omavaraisuus mineraalisten raaka-aineiden osalta on vähäinen. Olemme riippuvaisia poliittisesti epävakaista maista, joissa ympäristöasioihin ei juuri kiinnitetä huomiota ja joissa kaivostyöläiset joutuvat työskentelemään kestämättömissä oloissa. Suomen kaltainen vakaa yhteiskunta tarjoaa edellytykset vastuulliselle kaivostoiminnalle ja edistää esimerkiksi ympäristönäkökohtien huomioimista tutkimuksen ja valvonnan yhteispelillä.

Tutkimuksen keinoin etsitäänkin jatkuvasti esimerkiksi uusia keinoja kaivosvesien hallintaan, tarkastellaan kaivosten ympäristövaikutuksia monelta kantilta ja kehitetään ympäristöä säästäviä näytteenottomenetelmiä.

Suomella voi olla merkittävä rooli akkumineraalien tuottajana, sillä EU tasolla monet merkittävät akkuteollisuuden raaka-ainevarat sijaitsevat kallioperässämme. Esimerkiksi kobolttia tuotetaan Suomessa ainoana Euroopan maana. Suomessa tuotetaan myös nikkeliä, kuparia, sinkkiä sekä akkuteollisuuden käyttämiä nikkeli- ja kobolttijalosteita. Lisäksi lähitulevaisuudessa alkaa litiumin tuotanto.

Erikoistutkija Jukka Konnunahon mukaan Geologian tutkimuskeskus GTK:lla on pitkät perinteet geologisessa perustutkimuksessa ja mineraalipotentiaalin kartoituksessa. Esimerkiksi nikkelin, kuparin ja koboltin suhteen Suomen kallioperä on hyvinkin potentiaalinen. Myös akkuteollisuuden tarvitseman grafiitin potentiaali on hyvä.

Maailmanluokan geotietoaineistot

Malminetsintä on kallista ja pitkäjänteistä työtä. Jotta Suomen mineraalivaroja voidaan hyödyntää järkevästi, tarvitaan tietoa niiden laadusta, laajuudesta ja sijainnista.

Tämän eteen GTK on työskennellyt jo 130 vuotta tutkimalla maaperää sekä tekemällä geologisia havaintoja, mittauksia ja tulkintoja. Työn tulokset on koottu päivittyvään geotietovarantoon, jonka aineistoista suuri osa on vapaasti saatavilla verkossa. Tietovarantoja on kartutettu myös muiden laitosten ja malminetsintäyhtiöiden aineistoilla.

– Geotietoaineistojen systemaattinen keruu, hallinta ja digitaalinen jakelu on oikea menestystarina. Suomalaiset aineistot ovat myös kansainvälisesti arvostettuja, kertoo yksikön päällikkö Niina Ahtonen GTK:lta.

Aineistot antavat erinomaisen pohjan niin geologiselle- kuin ympäristötutkimukselle. Niistä löytyy tietoa, joka auttaa esimerkiksi yhdyskuntarakentamisen suunnittelussa, pohjavesihuollossa ja ympäristöriskien arvioimisessa.

Varsinkin malminetsinnässä geotietoaineistoista on runsaasti apua. Niiden avulla pystytään kohdentamaan paremmin uusia tutkimuksia, minimoimaan riskejä, säästämään ympäristöä ja vähentämään kustannuksia. Hyvät lähtöaineistot voivat esimerkiksi vähentää otettavien näytteiden määrää tutkimuksen alkuvaiheessa, kun etsitään potentiaalisia tutkimuskohteita.

Suomalaisia geotietoaineistoja arvostetaan myös kansainvälisesti, kertoo yksikön päällikkö Niina Ahtonen GTK:lta.

Ratkaisuja etsitään yhteistyössä

Entä miltä näyttää tulevaisuus? Suomeen ollaan parhaillaan rakentamassa akkuklusteria, jonka avulla voimme nostaa jalostusarvoa Suomessa ja päästä mukaan eurooppalaisen ja globaaliin akkuverkostoon.

Tällä hetkellä 80 prosenttia akuista valmistetaan Aasiassa. Suomella on kaikki edellytykset akkuklusterin syntymiselle. Meiltä löytyy osaamista koko tuotantoketjuun kaivosteollisuudesta akkuraaka-aineiden jatkojalostukseen, akkujen valmistamiseen, käyttöön ja lataukseen liittyvään teknologiaan sekä kierrätykseen. Olemme myös niitä harvoja maita, joista löytyy myös litium-ioniakkujen valmistamisen tarvittavia mineraalisia raaka-aineita

Tutkimuksella on klusterin luomisessa merkittävä rooli.

– GTK:ssa kehitämme parhaillaan uusia ympäristöystävällisiä menetelmiä mineraalien etsintään, tutkimukseen ja prosessointiin. Tätä työtä tehdään yhdessä yliopistojen ja yritysten kanssa, kertoo erikoisasiantuntija Seppo Leinonen GTK:lta.

Aalto-yliopisto, GTK ja Teknologian tutkimuskeskus VTT avaavat lokakuussa 2019 uuden kiertotalouden haasteita ratkaisevan laboratoriokeskittymän Otaniemen kampusalueelle. Circular Raw Materials Hub -yhteislaboratorio keskittyy ratkaisemaan muun muassa mineraalien kierrätykseen ja talteenottoon liittyviä haasteita.

Vahva yhteistyö luo edellytykset sille, että Suomi pysyy jatkossakin alan huippuosaajana ja kehityksen aallonharjalla. Kukapa tietää, minkälaisia mineraaleja uudet innovaatiot tulevaisuudessa tarvitsevat?

Elektroniikkalaitteiden ja niiden akkujen kierrätystä hidastaa muun muassa se, että kierrätyksen merkitys tiedostetaan huonosti. Noin kolmannes maailman ihmisistä säilyttää vanhoja matkapuhelimiaan pöytälaatikoissa, arvioi Aalto-yliopiston professori Ari Jokilaakso.

Teksti: Kristina Karvonen

Pääkuvan kuvateksti: Aalto-yliopistolla kehitetään keinoja, joilla akkujätteen metalleja voidaan tunnistaa ja kerätä. Kuvassa NiMH-akkujätettä ja harvinaisten maametallien talteen ottamiseen käytettyjä kemikaaleja. Kuva: Glen Forde/Aalto-yliopisto

Tarina on osa Tiede vaikuttaa!-kampanjaa, jonka toteuttavat yhdessä Suomen yliopistojen rehtorineuvosto UNIFI ja Tutkimuslaitosten yhteenliittymä Tulanet. Seuraa kampanjaa Twitterissä tunnisteella #tiedevaikuttaa ja jaa samalla oma tarinasi siitä, miten tiede on vaikuttanut sinun elämääsi.

Jaa:

Lisää ajankohtaisia asioita

 | Tiede vaikuttaa!

Mitä jos vettä ei yhtäkkiä olisikaan? Tulevaisuuden uhkakuvia tutkimalla varaudumme pahimpaan

Äkkiseltään voisi ajatella, että mineraalisilla raaka-ainevaroilla ja ilmastonmuutoksen hillitsemisellä ei ole keskenään paljonkaan tekemistä. Totuus on kuitenkin toinen, sillä ilmastonmuutosta hillitsevät…

 | Tiede vaikuttaa!

Hyvä aurinko, paha aurinko?

Äkkiseltään voisi ajatella, että mineraalisilla raaka-ainevaroilla ja ilmastonmuutoksen hillitsemisellä ei ole keskenään paljonkaan tekemistä. Totuus on kuitenkin toinen, sillä ilmastonmuutosta hillitsevät…

 | Tiede vaikuttaa!

Suomen menestystarina miltei ruokamyrkyttömäksi turvasatamaksi

Äkkiseltään voisi ajatella, että mineraalisilla raaka-ainevaroilla ja ilmastonmuutoksen hillitsemisellä ei ole keskenään paljonkaan tekemistä. Totuus on kuitenkin toinen, sillä ilmastonmuutosta hillitsevät…