Väittelijä: Filosofian maisteri Venla Rantala
Tiedekunta ja yksikkö: Oulun yliopiston tutkijakoulu, Teknillinen tiedekunta, Kestävän kemian tutkimusyksikkö
Vastaväittäjä: Professori Saeed Chehreh Chelgani, Luulajan teknillinen yliopisto
Kustos: Dosentti Sari Tuomikoski, Oulun yliopisto
Luonnon- ja kierrätysgrafiitin ympäristöystävällinen puhdistus: askel kohti kestävämpiä akkumateriaaleja
Oulun yliopistossa tehty väitöskirjatutkimus esittelee uusia, ympäristöystävällisiä tapoja puhdistaa sekä luonnon- että kierrätysgrafiittia litiumioniakkuihin. Grafiitti on litiumioniakkujen tärkein anodimateriaali, mutta sen saatavuuteen ja tuotantoon liittyy merkittäviä haasteita. Tutkimus tarjoaa ratkaisuja, jotka voivat vähentää riippuvuutta tuontigrafiitista ja edistää akkumateriaalien kiertotaloutta.
Grafiitti on Euroopan unionissa luokiteltu strategisesti kriittiseksi raaka-aineeksi, sillä sen toimitusketjut ovat haavoittuvia ja kysyntä on kasvanut nopeasti esimerkiksi liikenteen sähköistymisen myötä. Suurin osa luonnongrafiitista tuotetaan Kiinassa, usein ympäristölle haitallisilla menetelmillä. Synteettisen grafiitin valmistus puolestaan kuluttaa valtavasti energiaa. Samalla käytöstä poistuvien akkujen määrä kasvaa, ja niiden sisältämä grafiitti, tyypillisesti 22 % kennon massasta, jää nykyisissä kierrätysprosesseissa hyödyntämättä. Teollinen litiumioniakkujen kierrätys keskittyy lähinnä arvokkaisiin metalleihin. Kriittisiä raaka-aineita koskevassa asetuksessa on kuitenkin määritelty, että vuoteen 2030 mennessä vähintään 10 % strategisten raaka-aineiden vuosittaisesta kulutuksesta tulisi kattaa Euroopan unionin alueella harjoitettavalla louhinnalla ja vähintään 25 % kierrätyksellä.
Väitöskirjassa kehitettiin kestäviä puhdistusmenetelmiä sekä luonnongrafiitille että käytetyistä litiumioniakuista talteen otetulle grafiitille. Tulokset osoittivat, että grafiittia voidaan puhdistaa tehokkaasti ilman haitallisia kemikaaleja. Tutkimuksen keskeisimmät tulokset olivat:
• Luonnongrafiitti voidaan puhdistaa ilman halogeeneja sisältäviä happoja yhdistämällä rikkihappoliuotus ja lyhyt lämpökäsittely.
• Kierrätysgrafiitin metalliset epäpuhtaudet voidaan poistaa yksivaiheisella happoseospuhdistuksella, joka poistaa useita epäpuhtauksia samanaikaisesti ja välttää haitallisten halogeenien käytön.
• Muut epäpuhtaudet voidaan poistaa lyhyellä korkealämpökäsittelyllä, joka samalla korjaa muun muassa akun käytöstä johtuvia ja kierrätysprosessien aiheuttamia rakenteellisia vikoja grafiitissa.
Tutkimus osoittaa, että grafiitin puhdistaminen voidaan toteuttaa ympäristöystävällisemmin sekä neitseellisestä että kierrätetystä materiaalista. Tämä avaa mahdollisuuksia lisätä grafiitin tuotantoa Euroopassa ja ottaa käyttöön kiertotalouteen perustuvia ratkaisuja, joissa akkumateriaalit saavat uuden elämän.
