Analys: Saltbatterier kan tillverkas av svenska råvaror – vi har det Kina saknar

Kinas fordons- och batterimarknad rör sig snabbt mot nästa generations batteriteknik – natriumjonbatterier. Men den asiatiska stormakten har stött på en logistisk flaskhals. Tekniken kräver ”hårdkol” baserat på biomassa, något som redan i dag är en bristvara i Kina. Men som vi i Sverige redan idag kan tillverka i industriell skala. Vi har dessutom alla […]

Kinas fordons- och batterimarknad rör sig snabbt mot nästa generations batteriteknik – natriumjonbatterier. Men den asiatiska stormakten har stött på en logistisk flaskhals. Tekniken kräver ”hårdkol” baserat på biomassa, något som redan i dag är en bristvara i Kina. Men som vi i Sverige redan idag kan tillverka i industriell skala. Vi har dessutom alla andra råvaror för gigawatt-produktion.

Natriumjonceller har en enorm fördel: den bygger på vanliga och billiga material och är helt fri från konfliktmineraler och giftiga grundämnen som litium, nickel och kobolt. När batterijätten CATL nu presenterat celler med i stora delar likvärdig energimängd (i alla fall i vikt) jämte LFP-celler kan elbilar och stationär lagring bli betydligt billigare än i dag. Dessutom klarar natriumjon tuffa minusgrader utan problem, de är säkrare och går att supersnabbladda och håller dubbelt så länge.

Den globala produktionen domineras i dag av kinesiska jättar som CATL och BYD, som tillsammans förväntas stå för hälften av all världens tillverkning av natriumjonbatterier år 2030.

Men den asiatiska batteriindustrin har stött på ett strukturellt problem. För att de jämfört med litium större natriumjonerna ska kunna lagras i batteriet används till skillnad från i traditionella litiumjonbatterier inte grafit, utan i stället anoder av så kallat hårdkol (hard carbon). Även om Kina skalar upp sin cellproduktion i ett rasande tempo, har de stött på problem som är kopplad till råvaror. Enligt nyhetssajten CarNewsChina lider tillverkningen av anoder i hårdkol av ett stort logistiskt beroende av importerad biomassa för att få fram rätt råmaterial.

Trots att Kinas satstning på natriumjonbatterier med över 42 oberoende expansionsprojekt, ligger fabrikernas faktiska kapacitetsutnyttjande i dagsläget på under 40 procent. Den huvudsakliga flaskhalsen är alltså produktionen av hårdkol (hard carbon) till anoderna. De kan inte förlita sig på en inhemsk råvarubas för att skala upp i den takt de önskar, vilket de kunnat göra med traditionella batterikemier. Vid sidan av det finns det problem med den typ av biomassa som de har tillgång till.

För att tillverka hard carbon till anoden (som viktmässigt är mellan 15 och 20 procent av batteriet) är det svårt att använda ”vanlig” biomassa som bambu, nötskal eller jordbruksavfall. Enligt en nyligen publicerad studie innehåller den typen av lignocellulosabaserad biomassa oorganiska orenheter som kisel och alkaliska salter. Dessa orenheter påverkar materialets renhet, porositet och kemiska struktur negativt, vilket försämrar batteriets kapacitet. För att få bort kisel och andra orenheter från exempelvis bambu krävs ofta tuffa kemiska processer, såsom alkalisk behandling (biomassan tvättas i lut). Även om detta tar bort orenheterna, skapar behandlingen ofta en alldeles för stor och instabil porös yta på kolet.

Men om det är någonting vi har gott om i Sverige, så är det just biomassa. I stället för att förlita sig på utspridd biomassa som ska samlas in, transporteras och renas – vilket man idag måste i Kina – finns råvaran redan i stora, centraliserade volymer i den svenska skogsindustrin.

I stället för att importera eller samla in spridda växtdelar med varierande kvalitet, utvinner vi råvaran ur den svenska skogen. Träd består till cirka 20 procent av lignin – skogens naturliga bindemedel. Ligninet utvinns som en biprodukt i form av svartlut när massabruken kokar träflis. Genom en svenskutvecklad teknik som kallas LignoBoost leds svartluten från massabruket bort, varpå koldioxid tillsätts för att fälla ut och filtrera fram ligninet, som därefter tvättas. Processen ger ett mycket rent lignin och sker redan idag i industriell skala – exempelvis drivs Stora Ensos Lignode-pilotanläggning i finska Sunila kontinuerligt dygnet runt, sju dagar i veckan. Lignin kan sedan via upphettning omvandlas till hard carbon. Eftersom ligninet från massaindustrin redan är en ren och industriellt separerad råvara behöver det inte genomgå frätande behandlingar, utan kan i stället bilda rätt typ av slutna porer där elektrolyten förblir stabil. Skogsindustrins restprodukter, i synnerhet lignin, flödar dygnet runt i gigantiska och homogena volymer, vilket ger en oerhört stabil råvarukedja jämfört med utspridd import av ostrukturerad biomassa

Det svensak företaget Altris, som utvecklat natriumjonbatterier hävdar att de med Stora Ensos skogsbaserade anodmaterial därmed kan skapa det som kallas världens mest hållbara batteri, helt fritt från asiatiska råvaror. Enligt nyligen publicerade livscykelanalyser från Chalmers har just denna kombination av natriumjonceller, med svenskt skogskol, exceptionellt låga avtryck på mineralresurser jämfört med dagens litiumjonbatterier.

Många kritiker till svenska batteriprojekt har upprepade gånger påpekat att vi är chanslösa mot Kina, eftersom det är de som sitter på råvarorna. Med natriumjonbatterier kan det helt enkelt bli omvända roller. Vi har tillgång till biomassa i stor industriell skala.

Men det slutar inte där.

Låt oss tänka oss en batterifabrik i Sverige som producerar 60 GWh batterier per år, vilket var Northvolts mål när fabriken i Skellefteå stod klar. Finns råvarorna för det i Sverige?

Cirka 20 procent av batteriet, anoden, består av hard carbon, det som vi alltså kan få från skogsindustrin. Resten då? Katoden utgör mellan 25 och 30 procent av vikten. Det är där natriumjonerna har parkerat när batteriet är urladdat. Katodmaterialen avgör batteriets spänning och energitäthet. Altris natriumbatteri utvecklar ett batteri med Preussiskt vitt, som består av natrium, järn, kol och kväve. Järn är ingen bristvara i Sverige direkt. För 60 GWh skulle det krävas cirka 36 000 ton rent järn, motsvarande 60 000 ton järnmalm från LKAB. Det är 0,22 procent av den årliga produktionen (ja, vi producerar enorma mängder järn i det här landet)

Strömsamlarna (Folierna) – står för ca 10 procent av vikten. I ett traditionellt litiumjonbatteri måste man använda kopparfolie för att leda strömmen från anoden. Varför? För att litium reagerar kemiskt med aluminium. Koppar är dyrt, tungt och miljöpåverkande att bryta. I ett natriumjonbatteri reagerar inte natrium med aluminium. Därför kan man använda aluminiumfolie på både anoden och katoden. Aluminium är extremt billigt, lätt och lättillgängligt. Vi har smältverk i Sverige. Om vi räknar lite på det, det krävs cirka 1 kg aluminium per kWh natriumbatteri. Om vi skulle tillverka 60 GWh natriumbatterier per år i Sverige skulle det motsvara tre års pantburksinlämning i råvara (cirka 1,3 miljarder burkar samlas in per år). Eller hälften av vad Sveriges enda aluminiumsmältverk, Kubal i Sundsvall, producerar per år. Det skulle ge en ökad efterfrågan på svenskt aluminium.

Separator och hölje är ca 15–20 % av vikten. Separatorn är en tunn, porös plastfilm (ofta polyeten eller polypropen) som ligger mellan plus- och minuspolen så att de inte kortsluter varandra, men som låter jonerna passera. I Stenungsund finns företaget Borealis, som är Sveriges enda tillverkare av polyeten. De driver en stor anläggning som producerar just vad som behövs. Borealis har dessutom börjat leverera biocirkulär polyeten som är tillverkad av förnybar råvara. Det innebär att inte bara kolet och järnet kan vara hållbart, utan vi kan även producera basplasten till separatorerna lokalt och dessutom göra den fossilfri. För 60 GWh batteriproduktion skulle det krävas 12 000 ton polyeten. Borealis produktionskapacitet i Stenungsund ligger på 760 000 ton per år. För en gigafabrik med natriumbatterier skulle behöva 1,5 procent av den årliga kapaciteten.

Höljet består ofta av aluminium eller stål (om det är cylindriska/prismatiska celler) eller en plast/aluminium-laminering (så kallade pouch-celler). Här har vi smältverket i Sundsvall. Och stål kan vi.

Elektrolyten är cirka 15–20 % av vikten. För att jonerna ska kunna simma mellan anoden och katoden behövs en elektrolyt. Denna består vanligtvis av organiska lösningsmedel blandat med ett natriumsalt (istället för litiumsalt). Saltet utvinns i grunden ur vanligt havssalt eller gruvsalt (natriumkarbonat). Organiska lösningsmedlen är petrokemiska produkter i grunden. Det stora kemiklustret i Stenungsund, med aktörer som Borealis, fixar detta. Det går dessutom att tillverka biobaserat.

Det enda lilla hacket i den helsvenska kurvan hittas i själva namnet på batteriet. Sverige saknar stora naturliga gruvor för natriumkarbonat, och vi utvinner inte havssalt industriellt eftersom Östersjön är bräckt. Vi skulle därför behöva importera saltet. Hur mycket? Det krävs cirka 4000 ton salt för att tillverka 60 GWh batterier. I Europa produceras över 50 miljoner ton salt varje år. Varje år saltar vi vägarna med 150 000 och 200 000 ton salt. Inget stort importproblem alltså. Men det är inte bara natrium i elektrolyten, om vi tittar på CATL:s batteri Naxtra, så innehåller det NaPF6, vlket är natrium, fosfor och flour. Fosfor finns som restprodukt vid LKAB:s gruvor. För att få fram det fluor som behövs till natriumsaltet (NaPF6) utvinner man ett mineral som kallas flusspat (fluorit). Det finns fyndigheter i Västerbotten, men inget tillstånd att bryta det. En sådan gruva skulle med råge kunna ge tillräckligt för 60 GWh per år (cirka 15 procent av planerad brytning).

När det kommer till natrium har vi dock flera bolag i Sverige som kan importera bulksalt och raffinera det till det extremt rena batteriklassade natirumsalt som krävs för elektrolyten. Till exempel Nouryon som har produktionsanläggningar i bland annat Sundsvall. De är redan världsledande på natriumprodukter.

Om man bygger ett svenskt natriumjonbatteri, behöver man egentligen bara importera den i särklass billigaste och mest lättillgängliga basråvaran av dem alla: vanligt salt. Resten har vi. Vad väntar vi på? Ja, just det, man ska ta fram rätt kemi också, och ha tillgång till utrustning för batteritillverkning. Detaljer.