Vill bli först i batterikedjan

Både australiska Talga Resources och kanadensiska Leading Edge Materials har rättigheter till grafitfyndigheter i Sverige. Talga Resources ska i höst söka tillstånd för att börja bryta grafitmalm i Vittang­i öster om Kiruna. Leading Edge Materials har en befintlig gruva, Woxna utanför Edsbyn, men där har produktionen varit pausad sedan 2015.

Nu siktar båda gruvbolagen på att få igång brytningen så fort som möjligt. Och båda två har vittring på den spirande batteriindustrin i Europa. Bolagen vill förädla grafiten så att den kan användas som aktivt material i litiumjonbatteriernas anoder.

Leading Edge Materials räknar med att det skulle förbättra den ekonomiska kalkylen avsevärt. Gruvan Woxna stängdes år 2015 när priset på grafit föll kraftigt. Men då handlade det om orenad grafit som framför allt används som eldfast tegel i stålindustrin.

– Det vi kan producera i gruvan i dag är grafit med en renhet mellan 90 och 94 procent. Det kostar 400–800 dollar per ton på världsmarknaden och vår produktionskostnad är ungefär lika hög, så vi har en liten marginal. Men förädlas grafit så att den har en renhet om 99,995 procent, kan den kosta mellan 7 500 och 12 000 dollar per ton, säger Filip Kozlowski, styrelseledamot i bolaget.

För att grafit ska kunna användas som anodmaterial måste det vara extremt rent. Annars riskerar metalljoner att lägga sig mellan skikten och blockera transporten av litiumjoner i batteriet. Reningen görs antingen genom kraftig uppvärmning, gärna till 2 800 grader, så att orenheter förgasas eller genom kemisk behandling med syror.

Talga Resources planerar att bygga en produktionsanläggning för anodmaterial i Luleå för att bearbeta grafiten från Vittangi.

– Hittills i labbskala har vi testat både termisk och kemisk rening, men vi utvecklar fortfarande processerna inför uppskalningen. Vår önskan är att göra en högtemperaturprocess på ett effektivt sätt, säger Anna Utsi, Sverigechef på Talga Resources.

För att ett litiumjonbatteri ska kunna snabbladdas, måste grafitpartiklarna ha rätt storlek, runt 20 mikrometer, och gärna vara formade som kulor. Då kan litiumjonerna lätt slinka förbi dem.

Men enligt Talga Resources är Vittangimalmen unik genom att partiklarna redan har rätt storlek. Därför räknar bolaget med att inte behöva justera storleken, åtminstone för en del kunder.

Dessutom har bolaget utvecklat en förädlingsprocess som gör att partiklarna inte behöver formas till kulor. På så sätt räknar Talga med att mindre än 15 procent av grafiten ska gå till spillo i processen, medan konkurrenterna kan ha spill på runt 50 procent.

En förädlingsprocess där flera steg kan skippas skulle innebära ett tekniksprång, menar Kristina Edström, batteriprofessor på Uppsala universitet.

– Om man kan ägna mindre kraft åt att göra grafiten redo för batteriet, är det värt väldigt mycket i kostnad och energiåtgång. Om Talga lyckas med det så kan de bli en spelare. Men de är inte riktigt där än, säger hon.

Talgas plan är att förädla grafiten hela vägen till ett aktivt material. Anodtillverkare får sedan tillsätta ett bindemedel så att materialet fäster på folien som utgör stommen i elektroden.

Bolaget bedrev provbrytning i Vittangi år 2015 och har testat att använda grafiten i anoder. Dessa har sedan jämförts i 300 cykler med anoder från en anonym asiatisk grafitleverantör som uppges vara marknadsledande.

Enligt Talga hade bolagets anoder 20 procents bättre lagringskapacitet, kunde laddas snabbare och bröts ned i mindre omfattning än konkurrenten.

Kristina Edström har tagit del av Talgas testrapport och tycker att resultaten ser lovand­e ut.

– Långtidsstabiliteten verkar utmärkt, säger hon.

Men hon är skeptisk till att Talgas grafit kan ge 20 procents högre kapacitet än det bästa som finns på marknaden.

– Om man går upp 20 procent över state of the art kommer man över den teoretiska gränsen för grafit. Talga kanske inte har jämfört med den bästa anoden på marknaden, säger Kristina Edström.

Talga räknar med att gruvan i Vittangi kan dra igång tidigast år 2023, men hoppas få tillstånd för provbrytning under år 2020. Med den malm som tas upp då planerar bolaget att kunna tillverka en liten mängd anod­material i Luleåanläggningen år 2021.

Den kanadensiska gruvkonkurrenten, Leading Edge Materials, planerar att bygga en demonstrationsanläggning intill Woxnagruvan förutsatt att kapital kommer på plats. Anläggningen ska ha kapacitet att tillverka 100 kilo förädlad grafit per dag.

Planen är att rena och omforma grafitpartiklarna. Det tredje förädlingssteget, att förse partiklarna med en beläggning som gör att de inte ändrar form, ingår inte än så länge.

– Demoanläggningen skulle ändå göra ett värdefullt material. I ett längre perspektiv är vår ambition att förädla hela vägen till ett aktivt material, men med den strategi som finns nu gör vi det vi kan i det här skedet, säger Filip Kozlowski.

Vilket av de två gruvbolagen som blir först i Sverige med att leverera förädlad grafit till litiumjonbatterier är oklart. Filip Kozlowski tror att hans bolag, som redan har tillstånd för brytning och demoanläggning, slår Talga strax före mållinjen.

– Om vi får det kapital som behövs för att bygga vår demoanläggning, kan vi leverera en förädlad produkt i betydande mängder redan 2020, säger han.

Är det viktigt vem som kommer först?

– Nej, absolut inte. Det är snarare en nackdel om det bara är vi som gör det här, för då skapar vi en liten värdekedja. Det är bättre om det finns tre eller fyra leverantörer så att europeiska batterifabriker kan bygga upp ett nätverk av europeiska underleverantörer, säger Filip Kozlowski.

Northvolt, som planerar en jättefabrik för battericelltillverkning i Skellefteå, har tidigare uppgett ett behov av 35 000 ton grafit per år när anläggningen är fullt utbyggd.

Grafit är ett viktigt mineral för tillverkning av bilar, stål och batterier. Det är mjukt, lätt och har en smältpunkt över 3 000 grader Celsius. Kolatomerna i grafit ligger i plana skikt. Efterfrågan på grafit spås öka på världsmarknaden under de närmaste fem åren, enligt en rapport från Mordor Intelligence, på grund av litiumjonbatteriindustrin och den metallurgiska industrin.

För varje kilowattimme lagringskapacitet i batteriet behövs ungefär ett kilo grafit. Grafit till anoder kan antingen komma från naturlig råvara eller vara syntetiskt framställt ur petroleumkoks. År 2016 använde anodmarknaden i världen ungefär 65 procent naturlig grafit och 30 procent syntetisk. 5 procent kom från alternativa material som litiumtitanat.

Talga Resources söker tillstånd för att bryta 100 000 ton grafitmalm i Vittangi per år. Det ska ge 19 000 ton förädlat material, en produkt som bolaget kallar Talnode C, som är ett färdigt aktivt material till anoder.

Om provbrytningen i gruvan kommer igång år 2020, planerar Talga att tillverka en mindre mängd anodmaterial för marknadskvalifikation och processutveckling. Då blir det 25 000 ton malm som tas upp under år 2021 och omvandlas till 5 000 ton Talnode C.