Development of energy saving materials from alternative sources

Ungefär 1.5 miljarder kylprodukter för hushåll, 90 miljarder kylprodukter för kommersiell användning, samt 4 miljarder kylprodukter inom transport, är i användning världen över. Kylsystem används inom sjukvård, kemiindustrin, och i synnerhet inom matsektorn. Dessa apparater är energikrävande produkter, som står för 17 % av den globala energikonsumtionen. För att öka hållbarheten i energisektorn, har intresset från forskningsgrupper samt tillverkningsföretag ökat för att byta ut kylning baserad på gaskompression mot mer effektiva teknologier. Denna strävan har resulterat i utnyttjandet av den magnetokaloriska effekten för nedkylning, då den dels är mer effektiv och dels är mindre energikrävande. Magnetisk nedkylning är baserad på en fundamental termodynamisk egenskap för magnetiska material, den så kallade magnetokaloriska effekten. Den åstadkommer en temperaturförändring då materialet utsätts för ett magnetiskt fält.Då magnetisk nedkylning är ett beprövat koncept och anses vara den närmast kommande teknikgenerationen inom kylteknik. Magnetokalorisk teknologi kommer att vara mer energieffektiv men leda till ett större behov av kritiska råvaror, t.ex. sällsynta jordartsmetaller (REEs). De nuvarande huvudkällorna till sällsynta jordartsmetaller är råmaterial som vid utvinning utgör en signifikant börda på miljön. Återvinningsgraden för sällsynta jordartsmetaller från kasserade varor världen över är mycket låg, mindre än 1 %. För att vi ska kunna uppnå bättre hållbarhet i den industri som använder dessa metaller, är utnyttjandet av sekundära källor ett område i trängande behov av forskning och metodutveckling. Huvudanledningen att sällsynta jordartsmetaller (REEs) inte återanvänds från avfall är att det kräver att de innan användning separeras till rena ämnen. På grund av deras närliggande egenskaper är denna separation mycket komplex, kräver stora mängder av kemikalier och genererar mycket sekundärt avfall. Lejonparten av forskningen hitintills har varit riktad mot utvecklandet av teknologi som fokuserar på utvinnandet av enskilda sällsynta jordartsmetaller (REEs). Målet med detta projekt är att studera omhändertagandet av blandade REE material, vilka kommer ifrån processer av uttjänta NiMH batterier. Dessa blandade material utnyttjas inte för tillfället till produktion av nya material. Mer än 1000 ton av uttjänta NiMH batterier återvinns i Europa, från vilka uppskattningsvis 80 ton sällsynta jordartsmetaller (REEs) skulle kunna ha tagits tillvara årligen, istället för att hamna på deponi.I det här projektet kommer tillvaratagandet av mixade material att studeras i syfte att verifiera deras användbarhet i produktionen av magnetokaloriska material, vilka har liknande sammansättning av jordartsmetaller. Även effekterna på deras magnetokaloriska egenskaper och förekomsten av orenheter som återstår efter återvinningen av batterierna kommer att kartläggas. Om någon negativ effekt observeras, kommer ett reningssteg av det ingående materialet att utvecklas för att ta bort oönskade ämnen. Målet är att utveckla en miljövänlig process med ett lågt koldioxidutsläpp som är tillämpbar på de blandade material av sällsynta jordartsmetaller som kommer ifrån olika batteriåtervinningsprocesser. Om det går att visa att återvunna REE blandningar från återvinningsindustrin kan återinföras i produktionscykeln, kan det leda till ett paradigmskifte inom återanvändning av kritiska metaller. Ett sådant kan trigga en ny syn på processer för förenkling av återvinning av kritiska metaller, öka deras användbarhet, samt öka deras totala återvinningsgrad. Kartläggningen av de eventuella effekterna som orenheter har kommer även att tillgängliggöra data som är användbar vid produktion av magnetokaloriska material från primära källor.Miljövinsterna av detta projekt är både det lägre energibehov som nya magnetokaloriska material ger, samt den minskade avfallsmängden till deponi som för närvarande utgör en miljöbelastning. Samtidigt skapas kunskap som ger förutsättningar för ett hållbart utnyttjande av ändliga resurser.

Participants

Martina Petranikova (contact)

Forskarassistent vid Chalmers University of Technology, Chemistry and Chemical Engineering, Energy and Material, Nuclear Chemistry

Funding

Formas

Funding Chalmers participation during 2018–2020 with 2,969,001.00 SEK

Related Areas of Advance and Infrastructure

Sustainable development

Driving Forces

More information

Latest update

2018-02-13