Lock-ins and enablers in the transition towards a circular lithium economy for electric vehicle batteries

Abstract

The global transition to low-carbon energy systems is driving an unprecedented demand for lithium-ion batteries, positioning lithium as a critical raw material in mobility and energy transitions. However, the prevailing linear model of extraction, production and disposal is environmentally and socially unsustainable. This dissertation explores how circular economy strategies can transform the lithium value chain by identifying the lockin mechanisms that hinder and the enablers that support a shift towards a circular lithium economy.

The research integrates socio-technical transition theory, particularly the multilevel perspective, with circular economy strategies to examine systemic change. A qualitative method is applied across four socio-technical systems: lithium mining in Latin America, repurposing end-of-life batteries in Europe, lithium recycling from industrial waste in Europe and circular design at the global life-cycle level.

The findings highlight that while niche innovations in repurposing and recycling are advancing, widespread adoption is constrained by regime-level lock-ins, such as fragmented governance, socio-ecological conflicts, uneven market incentives and skill shortages. The enablers identified include early integration of circular design principles, harmonised standards, inclusive governance, a supportive regulatory framework, workforce capacity–building and coordinated policy incentives to support scaling across global value chains.

By contextualising the transition to a circular lithium economy, this dissertation advances the integration of socio-technical transition and circular economy scholarship and provides actionable insights for policymakers, industry actors and civil society. It concludes that enabling circularity in lithium-ion batteries requires coordinated global value–chain governance, systemic innovation across sectors and just transition principles to balance sustainability.

Maailmanlaajuinen siirtymä vähähiilisiin energiajärjestelmiin lisää ennennäkemättömällä tavalla litiumakkujen kysyntää, tehden litiumista kriittisen raaka-aineen liikenteen ja energia-alan siirtymässä. Nykyinen vallitseva louhinnan, tuotannon ja hävittämisen lineaarinen malli on ympäristöllisesti ja sosiaalisesti kestämätön. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan miten kiertotalousstrategiat voivat muokata litiumin arvoketjua tunnistamalla mahdolliset esteet ja mahdollistajat, jotka tukevat muutosta kohti kiertävää litiumtaloutta.

Tutkimus yhdistää sosioteknisen siirtymän teorian, erityisesti sen monitasoisen näkökulman, kiertotalouden strategioihin systeemisen muutoksen tarkastelemiseksi. Laadullisella tutkimusmenetelmällä lähestytään neljää sosioteknistä systeemiä: litiumin louhinta Latinalaisessa Amerikassa, käytöstä poistettujen akkujen uusiokäyttö Euroopassa, litiumin kierrätys teollisesta jätteestä Euroopassa ja kiertotalouden suunnittelu globaalin elinkaaren tasolla.

Tulokset osoittavat, että vaikka kokeelliset innovaatiot uusiokäytön ja kierrätyksen saralla kehittyvät, niiden laajamittainen käyttöönotto on rajoittunutta järjestelmätason esteiden kuten pirstoutuneen hallinnon, sosioekologisten konfliktien, markkinoiden epätasaisten kannustimien ja osaajapulan takia. Tunnistettuihin mahdollistajiin sisältyvät kiertotalouden suunnitteluperiaatteiden varhainen integrointi, standardien yhdenmukaistaminen, osallistava hallinto, tukeva sääntelykehys, työvoiman osaamisen kehittäminen ja koordinoidut poliittiset kannustimet, joilla tuetaan globaalien arvoketjujen skaalautumista.

Kontekstualisoimalla litium-kiertotalouteen siirtymistä tämä väitöskirja edistää sosioteknisen siirtymän ja kiertotalouden tutkimuksen integrointia ja tarjoaa käytännönläheisiä näkemyksiä poliittisille päättäjille, teollisuudelle ja yhteiskunnalle. Tutkimuksen johtopäätöksenä voidaan todeta, että litiumakkujen kiertotalouden mahdollistaminen edellyttää koordinoitua globaalia arvoketjujen hallintaa, toimialarajat ylittävää systeemistä innovaatiota ja oikeudenmukaisen siirtymän periaatteita kestävyyden tasapainottamiseksi.