Investigating how the LFP battery demand is shaping the future of phosphorus and the role of secondary resources
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3023802Utgivelsesdato
2022Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Fosfor (P) er et av de nødvendige elementene for matproduksjon, og har fått tilnavnet ‘livets flaskehals’. Bruken av dette stoffet i gjødsel har vokst drastisk de siste tiårene, grunnet en voksende befolkning. Samtidig har problemer som ressursutarming, overbruk av P i jord og eutrofiering av vann blitt løftet fram. De siste årene har også en parallell bruk av P i batterier for elbiler oppstått, som en del av den nødvendige omstillingen av energinettverket. Dette studiet tar for seg interaksjonene mellom disse bruksområdene for P i et systemperspektiv, for å identifisere mulige problemer og barrierer for P i elbiler.
Ved bruk av dynamisk materialstrømanalyse samt ulike behovsscenarioer for P i katodebruk, får man innblikk i dynamikken mellom forskjellige bruksområder av P. Aspekter som P kvalitet og P avfallsstrømmer som kvalifiserer til P produksjon for katoder er fremhevet, både på et globalt og et regionalt nivå.
Resultatene viser at en mulig konkurranse for P ressurser kan oppstå mellom batteri- og matsektorene. Videre kan geografiske konsentrasjoner av P produksjon føre til regional konkurranse om P. Høyere etterspørsel av P kan også påvirke prisen på fosfatstein, og dermed også gjødsel- og matvareprisene. Slam fra stålproduksjon, kloakkslamaske og ferrofosfor viser alle høy kompatibilitet som sekundære ressurser for katode P produksjon. De samme sekundære materialene har imidlertid også teknologiske og økonomiske barrierer, siden de må bli prosessert til elementær fosfor før bruk i elbilbatterier. Denne produksjonsmetoden har imidlertid høy geografisk konsentrasjon, høyt energibehov, og en historisk synkende produksjonskapasitet. Disse aspektene illustrerer hvorfor en høy avhengighet av P baserte katoder kan resultere i nye problemer for batteri produksjon. Phosphorus (P) is one of the necessary elements for food production, with the given name ‘bottleneck of life’. The use of P as a fertilizer has increased drastically in the last decades, due to increase in population. Simultaneously, issues of resource depletion, unsustainable use of P on soil, and eutrophication of waters have been highlighted. On the other hand, P use for cathodes in electric vehicles (EVs) have increased in the last years, creating a parallel demand for P. This study aims at investigating the interactions between these parallel demands in a system perspective, to identify potential issues and barriers for P in EVs.
Using a dynamic material flow analysis and different cathode demand scenarios for P, this paper shed light on the dynamics between the cathode supply system and other uses of P in agriculture, aquaculture, and industry. Aspects such as P quality and P waste adequate to produce cathode P has been considered, both at the global and the regional level.
The results show a potential competition for P resources between EVs and food. Moreover, geographical concentrations of P production might lead to regional competition for P. Increased pressure on P resources can also influence the price of phosphate rock, consequently pushing fertilizer and food prices up, thus finding alternative sources of P is important. Steel sludge, incinerated sewage sludge ash and ferrophosphorus all show high compatibility as secondary resources for cathode P production. However, there are technological and economical barriers to using these secondary resources. Further, these secondary resources need further processing to elemental phosphorus. Elemental phosphorus manufacturing, the input material for cathodes, show high geographical concentration, high energy demand and a historically decreasing manufacturing capacity. Therefore, a high reliance on P for cathode production might be problem shifting from one cathode type to another.