Environmental impact of Li-ion battery production
Saariaho, Kuisma (2022)
Kandidaatintyö
2022
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022053141270
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022053141270
Tiivistelmä
This bachelors thesis is a literature review that focuses on the carbon footprint of a NMC 111 lithium-ion battery (LIB) while neglecting end-of-life and use-stages. Research for this thesis was done using reliable online sources and cross-referencing them with each other.
The goal of this thesis is to find out how much CO2 is released in the manufacturing of a NMC 111 electric vehicle battery in kg CO2-eq/kWh capacity. An additional interest is finding out the amount of different materials used in the production and their respective energy usage.
The overall global warming potential (GWP) of a NMC 111 LIB while not including end-of-life (EoL) emissions is between 61-106kg CO2-eq/kWh depending on the energy source used for heating. A more precise estimate of the average energy usage is 70kg CO2-eq/kWh - 77kg CO2-eq/kWh with a result of 72.9kg CO2-eq/kWh being the most accurate.
Transportation amounts for most of EoL CO2 emissions with 12.7kg CO2-eq/100km. Emissions from hydrometallurgy are 2.13kg CO2-eq/kg cell and pyrometallurgy 2.1kg CO2-eq/kg cell.
Majority of used materials (83.7%) consist of the active cathode material (28.7%), aluminium (25.3%), graphite (16%) and copper (13.7%). The amount of energy used for these four components during production is 81.14% of total energy consumption as follows, NMC powder (45%), aluminium (22.37%), graphite (9.74%) and copper (4.03%). Tämä kandidaatintyö on kirjallisuuskatsaus, joka keskittyy NMC 111 -litiumioniakun hiilijalanjälkeen jättäen huomioimatta käyttöiän loppumisen ja käyttövaiheet. Tutkimus tehtiin luotettavien verkkolähteiden avulla ja niiden ristiviittauksella.
Työn tavoitteena on selvittää, kuinka paljon hiilidioksidia vapautuu NMC 111 -sähköajoneuvon akun valmistuksessa kg CO2-ekv/kWh kapasiteettia kohden. Lisäksi halutaan saada selville tuotannossa käytettyjen eri materiaalien määrä ja niiden energiankäyttö.
NMC 111 akun yleinen ilmaston lämpenemispotentiaali (GWP) huomioimatta käyttöiän loppuvaihetta (EoL) on välillä 61-106 kg CO2-ekv/kWh riippuen lämmitystavasta. Tarkempi arvio keskimääräisestä hiilijalanjäljestä on 70 kg CO2-ekv/kWh - 77 kg CO2-ekv/kWh, tarkin tutkimuksesta saatu tulos on 72,9 kg CO2-ekv/kWh.
Käyttöiän loppuvaiheen suurin päästötekijä on kuljetus jonka päästöt ovat 12.7kg CO2ekv/100km. Päästöt hydrometallurgiasta ovat 2.13kg CO2-ekv/kg kennoa kohden ja pyrometallurgiasta 2.1kg CO2-ekv/kg kennoa kohden.
Suurin osa käytetyistä materiaaleista (83,7%) koostuu aktiivisesta katodimateriaalista (28,7%), alumiinista (25,3%), grafiitista (16%) ja kuparista (13,7%). Näiden neljän komponentin energiatarve valmistuksen kokonaisenergiatarpeesta on 81,14% ja se jakautuu seuraavasti, NMC-jauhe (45%), alumiini (22,37%), grafiitti (9,74%) ja kupari (4,03%).
The goal of this thesis is to find out how much CO2 is released in the manufacturing of a NMC 111 electric vehicle battery in kg CO2-eq/kWh capacity. An additional interest is finding out the amount of different materials used in the production and their respective energy usage.
The overall global warming potential (GWP) of a NMC 111 LIB while not including end-of-life (EoL) emissions is between 61-106kg CO2-eq/kWh depending on the energy source used for heating. A more precise estimate of the average energy usage is 70kg CO2-eq/kWh - 77kg CO2-eq/kWh with a result of 72.9kg CO2-eq/kWh being the most accurate.
Transportation amounts for most of EoL CO2 emissions with 12.7kg CO2-eq/100km. Emissions from hydrometallurgy are 2.13kg CO2-eq/kg cell and pyrometallurgy 2.1kg CO2-eq/kg cell.
Majority of used materials (83.7%) consist of the active cathode material (28.7%), aluminium (25.3%), graphite (16%) and copper (13.7%). The amount of energy used for these four components during production is 81.14% of total energy consumption as follows, NMC powder (45%), aluminium (22.37%), graphite (9.74%) and copper (4.03%).
Työn tavoitteena on selvittää, kuinka paljon hiilidioksidia vapautuu NMC 111 -sähköajoneuvon akun valmistuksessa kg CO2-ekv/kWh kapasiteettia kohden. Lisäksi halutaan saada selville tuotannossa käytettyjen eri materiaalien määrä ja niiden energiankäyttö.
NMC 111 akun yleinen ilmaston lämpenemispotentiaali (GWP) huomioimatta käyttöiän loppuvaihetta (EoL) on välillä 61-106 kg CO2-ekv/kWh riippuen lämmitystavasta. Tarkempi arvio keskimääräisestä hiilijalanjäljestä on 70 kg CO2-ekv/kWh - 77 kg CO2-ekv/kWh, tarkin tutkimuksesta saatu tulos on 72,9 kg CO2-ekv/kWh.
Käyttöiän loppuvaiheen suurin päästötekijä on kuljetus jonka päästöt ovat 12.7kg CO2ekv/100km. Päästöt hydrometallurgiasta ovat 2.13kg CO2-ekv/kg kennoa kohden ja pyrometallurgiasta 2.1kg CO2-ekv/kg kennoa kohden.
Suurin osa käytetyistä materiaaleista (83,7%) koostuu aktiivisesta katodimateriaalista (28,7%), alumiinista (25,3%), grafiitista (16%) ja kuparista (13,7%). Näiden neljän komponentin energiatarve valmistuksen kokonaisenergiatarpeesta on 81,14% ja se jakautuu seuraavasti, NMC-jauhe (45%), alumiini (22,37%), grafiitti (9,74%) ja kupari (4,03%).