Parametric LCA Modelling of Battery Materials - The case of Graphene

I dag blir det gjort betydelige investeringer i nye batteriteknologier med fokus på fornybar energi. Foreløpig er Li-S batterier ansett som den mest lovende etterfølgeren for Li-ion, da disse representerer flere fordeler. Imidlertid står Li-S overfor utfordringer hvor grafen holder løfter om å eliminere hindringene på veien for kommersialisering. Grafen er et svært ledende, fleksibelt og mekanisk robust materiale. Denne oppgaven tar for seg produksjonsveien: syntetisk og naturlig grafittproduksjon, Hummers' prosess for grafittoksidasjon og kjemisk reduksjon for siste trinn i produksjonen. Denne studien undersøker miljøpåvirkningen ved å produsere 1 kg grafen ved å bruke en parametrisk livssyklusvurdering (LCA)-modell. Dette muliggjør en analyse av samspillet mellom nøkkelparametrene i grafenverdikjeden og også avdekke variasjonen av miljøpåvirkninger ved å endre dem dynamisk. Denne modellen gir en detaljforståelse av relevante prosesser og øker presisjonen av analysen. Totalt er fire variabler (grafittproduksjon, modifikasjoner av Hummers-prosessen, strømintensitet og grafenutbytte) parametrisert, noe som resulterte i 108 forskjellige scenarioer for grafenproduksjon. Resultatene gitt i denne studien viser at de to prosessene; grafittoksidasjon og kjemisk reduksjon bidrar mest til GWP. Dette impliserer at parametrene som gjelder for disse to prosessene er betydelige, dvs. strømintensitet, ettersom begge prosessene er energiintensive, og grafenutbytte i den kjemiske reduksjonsprosessen. I tillegg er evaluering av den kjemiske sammensetningen av oksidasjonsprosessen for grafitt også avgjørende for å minimere miljøpåvirkningen fra grafenproduksjon