sustainable manufactur

L i f e C y c l e o f U p g r a d i n g P r o d u c t

Baterai LI-ION

1. Profil Produk Baterai Li-Ion

Baterai ion litium (biasa disebut Baterai Li-ion atau LIB) adalah salah satu anggota

keluarga baterai isi ulang. Di dalam baterai ini, ion litium bergerak dari elektroda negatif ke

elektroda positif saat dilepaskan, dan kembali saat diisi ulang. Baterai Li-ion memakai

senyawa litium interkalasi sebagai bahan elektrodanya, berbeda dengan litium metalik yang

dipakai di baterai litium non-isi ulang. Baterai ion litium umumnya dijumpai pada barang-

barang elektronik konsumen. Baterai ini merupakan jenis baterai isi ulang yang paling

populer untuk peralatan elektronik portabel, karena memiliki salah satu kepadatan energi

terbaik, tanpa efek memori, dan mengalami kehilangan isi yang lambat saat tidak digunakan.

Selain digunakan pada peralatan elektronik konsumen, LIB juga sering digunakan oleh

industri militer, dirgantara dan kendaraan listrik.

Semakin gencarnya pengembangan mobil hibrida dan listrik, nama baterai Lithium-ion

juga makin akrab bagi kita. Baterai yang sering disingkat dengan “Li-ion” ini dianggap paling

pas untuk sumber daya mobil listrik murni dan hibrida (motor bakar dan listrik). Daya tarik

Li-ion dibandingkan dengan yang lainnya, seperti NiMH (Nickel Metal Hydride) dan NiCad

(Nickel Cadmium) serta timah hitam (lead) bisa diisi ulang dengan cepat, densitas

penyimpanan lebih banyak, dan juga daya yang lebih. Daya tarik paling besar adalah

perbandingan berat dan energi yang dihasilkannya. Keunggulan lain dari Li-ion adalah

kemampuannya menyimpan energi lebih lama bila tidak digunakan, sedangkan jenis lain akan

habis lebih cepat. Disamping itu baterai ini juga memiliki kelemahan. Masalah utama baterai

ini adalah keamanan: mudah terbakar atau meledak., terutama bila penanganannya kurang

baik.

1.1 SISTEM BATERAI

Seperti diilustrasikan dalam Gambar 1, inti dari baterai Li-ion terdiri dari tiga lapisan

yaitu anoda, katoda, dan separator diantara lapisan anoda dan katoda. Anoda terdiri dari

grafit dan aditif konduktif lainnya, sedangkan katoda terdiri dari lapisan transisi oksida logam

misalnya, Lithium Cobaltite (LiCoO2) dan Lithium Besi Fosfat (LiFePO4). Setelah anoda dan

katoda yang dilapisi, mereka dibungkus dengan lembar pemisah (separator) dalam bentuk

elips untuk sel prismatik, dan melingkar membentuk sel-sel silinder. Gulungan tersebut

kemudian dijenuhkan dengan larutan elektrolit yang terdiri dari lithium-salt dan pelarut

organik, dan kemudian disegel dalam casing yang biasanya terdiri dari bahan baja atau

aluminium untuk membuat sel baterai.

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Baterai_isi_ulang&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Litium

http://id.wikipedia.org/wiki/Elektroda

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Interkalasi_%28kimia%29&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Baterai_litium&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Baterai_primer&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Elektronik_konsumen

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Elektronik_portabel&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kepadatan_energi&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Efek_memori&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kehilangan_isi&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Dirgantara

http://id.wikipedia.org/wiki/Kendaraan_listrik


Baterai LI-ION

Gambar 1 Ilustrasi Sel Baterai Li-ion

Setelah sel baterai telah komplit, beberapa sel digabungkan untuk membentuk baterai

utuh. Sel-sel baterai tersebut ditempatkan dengan komponen lainnya, termasuk unit kontrol

thermal, kabel, dan kartu elektronik sebagai bagian dari sistem manajemen baterai (BMS).

Setelah baterai selesai dirakit, maka siap untuk ditempatkan ke dalam kendaraan.

Berikut ini merupakan jenis-jenis kendaraan elektrik yang menggunakan baterai li-ion:

Hybrid Electric Vehicles (HEVs), menggunakan dua sumber daya, termasuk mesin

pembakaran bensin dan sistem baterai. Baterai akan terisi denga mesin pembakaran.

Plug-in Hybrid Electric Vehicles (PHEVs), memiliki karakteristik dari HEV, tetapi juga

dapat mengisi baterai dengan cara menghubungkannya ke sistem jaringan listrik yang

disediakan.

Electric Vehicles (EVs), secara keseluruhan didukung oleh baterai yang diisi ulang

dengan cara menghubungkannya ke sistem jaringan listrik yang disediakan.

Setiap jenis kendaraan listrik membutuhkan karakteristik kinerja baterai yang berbeda,

yang didasarkan pada beberapa faktor, termasuk densitas energi dan densitas daya. Tabel

berikut ini memberikan ringkasan dari persyaratan baterai untuk setiap jenis kendaraan.

Baterai Li-ion untuk PHEV dan EV memiliki tingkat densitas energi yang tinggi sehingga

diperlukan suatu teknologi baru yang lebih hemat energi yang akan diginunakan di masa


Baterai LI-ION

mendatang. Saat ini teknologi anoda dengan Single Walled Carbon Nanotube (SWCNT)

dikembangkan dan kemungkinan digunakan di masa depan. Kimiawi baterai yang digunakan

diantaranya adala lithium-mangan oksida (LiMnO2) dan lithium-nikel-kobalt-mangan-oksida

(LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2 atau Li-NCM).

1.2 SIKLUS HIDUP

Gambar 1-3 berikut ini merupakan tahapan siklus hidup dari sebuah sistem produk yang

digunakan untuk mengevaluasi dampak lingkungan dari masing-masing tahap siklus hidup

utama.

Tahap Ekstraksi bahan baku/Akuisisi : Kegiatan yang berkaitan dengan akuisisi

sumber daya alam,

termasuk pertambangan bahan non-renewable, pemanenan biomassa, dan

pengangkutan bahan baku untuk pengolahan fasilitas.

Tahap Pengolahan Bahan : Pengolahan sumber daya alam dengan reaksi, pemisahan,

pemurnian, dan langkah-langkah perubahan dalam persiapan untuk tahap manufaktur

serta mengangkut bahan-bahan untuk aktifitas manufaktur

Tahap Pembuatan Produk : Proses manufaktur komponen sel baterai dan kemasan

baterai.

Tahap Penggunaan produk : Penggunaan baterai dalam kendaraan (PHEVs dan EVS)

Tahap Disposisi Akhir / End-of-Life (EOL) : Pemulihan baterai pada akhir masa

pakainya.

Tidak hanya tahap-tahap utama seperti diatas yang dievaluasi, namun juga meliputi

kegiatan yang diperlukan untuk mempengaruhi gerakan antara tahap (misalnya,

transportasi), input (misalnya, sumber daya dan energi) dan output (misalnya, produk dan

limbah) dalam setiap tahap siklus hidup.


Baterai LI-ION

Pada tahapan hulu meliputi ekstraksi dan pengolahan bahan baku yang dibutuhkan untuk

masing-masing komponen baterai, termasuk anoda, katoda, separator, casing, dan elektrolit

untuk sel baterai. Tidak hanya itu saja namun komponen untuk baterai juga meliputi unit

kontrol termal, kerangka, kabel, komponen elektronik, dan kartu elektronik.

Pada diagram alir proses hulu juga meliputi pengolahan bahan baku untuk anoda SWCNT.

Tahapan manufaktur meliputi proses untuk memproduksi komponen sel baterai dan

baterai.

Fokus LCA dari baterai Li-ion juga memperhatikan dampak lingkungan dari tahap

penggunaan baterai atau masa pakainya dalam kendaraan (EV dan PHEVs). Masa pakai

baterai diperkirakan selama 10 tahun dengan jarak tempuh perjalanan 19.312 km per

tahunnya (EPA, 2005; Rantik,1999). Sedangkan pada tahap akhir atau End of Life baterai li-

ion, dilakukan recovery terhadap material logam dengan cara disortir dan daur ulang (Gaines,

2009).

Untuk akhir-of-hidup (EOL) tahap, kita mengasumsikan bahwa diberi nilai logam dalam

baterai, mereka akan dikumpulkan dan disortir untuk didaur ulang (Gaines, 2009). Hasil

recovery material logam tersebut kemudian digunakan sebagai bahan sekunder dalam proses

pembuatan sel baterai. Selain memulihkan material dari baterai, baterai itu sendiri pada


Baterai LI-ION

akhirnya dapat diperbaharui untuk digunakan kembali. Namun, perbaikan baterai Li-ion yang

digunakan dalam kendaraan listrik masih dalam tahap uji coba. Para produsen baterai kini

berusaha memodifikasi dan melakukan upgrade bahan kimia baterai li-ion.

1.3 DAMPAK LIFE-CYCLE BATERAI LI-ION

Penilaian terhadap dampak siklus hidup atau fase LCIA melibatkan identifikasi dampak

lingkungan. LCIA biasanya berupa proses kuantitatif yang melibatkan karakteristik beban dan

menilai pengaruhnya terhadap kesehatan manusia dan ekologi, serta efek lainnya, seperti

pembentukan asap dan pemanasan global. Sejumlah kategori dampak dievaluasi untuk sistem

produk dalam tahap LCIA, termasuk:

Penipisan sumber daya abiotik

Potensi pemanasan global

Potensi Pengasaman

Potensi Eutrofikasi

Potensi penipisan ozon

Potensi oksidasi fotokimia

Potensi toksisitas ekologis

Potensi toksisitas manusia

Bahaya kerja kanker

Bahaya kerja non-kanker

1.4 DATA KATEGORI-KATEGORI

Tabel dibawah ini menunjukkan kategori data yang terdapat dalam Life Cycle Inventory

yang meliputi bahan masukan, input energi, input sumber daya alam, output emisi, dan output

produk. Data input dan output yang terdapat dalam LCI dinormalisasi per unit fungsional.

Karena layanan yang diberikan oleh baterai Li-ion adalah melalui sistem kendaraan di mana

mereka ditempatkan, maka data yang dikumpulkan memiliki satuan per kilowatt-hour (kWh).


Baterai LI-ION

2. Life Cycle Inventory

Kuantifikasi dari Live Cycle Inventory adalah tahap kedua dari pelaksanaan LCA. Sistem

Produk tersusun atas beberapa poin yakni produksi, penggunaan, dan penjualan, recycle, atau

reuse bentuk produk. Setiap tahapan terdiri atas inventory yang berbeda-beda.

2.1. PROSES PRODUKSI

Pada tahapan proses produksi, analisa LCI tidak hanya dilakukan pada proses manufaktur

yang terjadi pada material, namun juga menganalisa sejak bahan baku terekstraksi dari alam.

Untuk mengetahui susunan bahan baku yang ada pada Li Ion baterai akan ditampilkan pada

BOM table di bawah ini. Selain berisi daftar material penyusun baterai Li Ion, BOM Table juga

berisi persentasi jumlah material pada produk.


Baterai LI-ION

Berikut adalah penjelasan untuk tiap-tiap komponen terseut:

Anoda: anoda merupakan elektroda negative dari sebuah baterai. Anoda biasanya terdiri

dari bahan grafit bubuk, yang dikombinasikan dengan pengikat dan dilapisi tembaga

Cathode: cathode merupakan elektroda positif dan terbuat atas logam oksida

Separator: Pemisah adalah lapisan lain dalam sel baterai yang terbuat dari poliolefin.

Komponen ini membuat anoda dan katoda foil dipisahkan dalam sel baterai setelah

mereka bersama-sama.

Sel Casing: Casing membungkus anoda, katoda, dan pemisah. Casing terbuat dari

aluminium.

Elektrolit: Elektrolit bertindak sebagai konduktor antara anoda dan katoda.

Sistem Baterai Manajemen: Sistem manajemen baterai (BMS) termasuk sirkuit elektronik,

perangkat lunak, dan koneksi internal / eksternal dan kabel yang digunakan untuk

mengoperasikan baterai.

Baterai Casing / Housing : Sel-sel baterai dan BMS digabungkan ke dalam baterai.

Passive Cooling System: sistem pendingin yang penting untuk mencegah overheating

baterai

Setiap komponen-komponen yang disebutkan pada tabel di atas, terdiri atas beberapa

material yang dapat dilihat pada tabel di bawah ini


Baterai LI-ION

2.1.1 TRANSPORTASI

Untuk memperkirakan jarak transportasi dan dampak, asumsi yang dibuat sehubungan

dengan dari mana bahan baku kemungkinan akan diperoleh di seluruh rantai pasokan. Secara

keseluruhan, LCA diasumsikan bahwa bahan baku diperoleh dari mana mereka biasanya

diproduksi. Misalnya, kita mengasumsikan bahwa garam lithium basic akan datang dari Chile,

kobalt dan nikel akan datang dari Kongo, battery-grade graphite akan berasal dari Cina, dan

bahan aktif katoda akan diperoleh dari Jepang. Lainnya, masukan dasar yang lebih umum

diasumsikan bersumber secara global. Sebagian besar data transportasi sudah termasuk

dalam proses GaBi4. Selain itu, bahan dan produk yang dihasilkan atau dikirim dalam negeri

akan diangkut 95% massa, pada jarak rata-rata 260 mil (418 km) untuk-menyewa truk, dan

5% oleh massa, pada jarak rata-rata 853 kilometer (1373 km) di gerbong) (BLS, 1997).

Perkiraan jarak didasarkan pada Biro Statistik Tenaga Kerja AS "Hazmat Pengiriman oleh

Moda Transportasi"

2.1.2 SINGLE-WALLED CARBON NANOTUBE (SWCNT) ANODES

Ketidakpastian yang melekat dalam pembuatan dan fase penggunaan menjadikan LCA

komprehensif (misalnya, cradle-to-cradle) dari masalah teknologi nano-enabled. Dari semua

bahan yang menjadi obyek studi dalam aplikasi baterai Li-ion, SWCNTs mungkin telah

menerima perhatian yang besar dari ekologi industry. Untuk mengeksplorasi potensi dampak

lingkungan siklus hidup baterai SWCNT-enabled lithium ion, analisis ini menggabungkan

pengembangan skenario, pemodelan termodinamika, dan penggunaan fase kinerja . Karena

tidak ada data komersial untuk pembuatan anoda SWCNT, data LCI SWCNT anoda diukur


Baterai LI-ION

pada skala laboratorium per satuan berat dari SWCNT dihasilkan (Wender et al, 2011; Ganter

et al, 2010). Kebutuhan energi per unit massa SWCNT yang dihasilkan oleh laser penguapan

mirip dengan SWCNTs dihasilkan oleh tekanan tinggi proses karbon monoksida (HiPco).

Selama periode ini, energi listrik yang dibutuhkan per gram SWCNT berkurang cukup besar

(Gutowski et al, 2010). Berdasarkan pemodelan termodinamika ideal manufaktur SWCNT

melalui proses HiPco, analisis ini memproyeksikan tiga skenario pemanfaatan energi listrik

yang meningkat, seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Saat ini, kapasitas spesifik anoda SWCNT di bawah kondisi laboratorium sekitar 400 mAh

/ g (Landi et al, 2009), sedangkan batas teoritis adalah sekitar 1100 mAh / g (Landi et al,

2008). Pada tegangan sel konstan 3,6 V (sesuai dengan grafit-anoda baterai ion Li, Linden dan

Reddy, 2002), kepadatan energi dari anoda SWCNT berada antara 1,44 Wh / g dan 3,96 Wh /

g (yang setidaknya tiga kali kapasitas 0,5 Wh / g anoda grafit konvensional) Adanya batas

kinerja dari penggunaan SWCNT ini dengan perkiraan energi dibahas di atas memungkinkan

data persediaan manufaktur harus dilaporkan sehubungan dengan jumlah kWh kapasitas

penyimpanan di baterai. Hasil perkiraan energy yang dibutuhkan dapat dilihat pada gambar

di bawah ini


Baterai LI-ION

2.2. TAHAP PRODUKSI

Pembuatan baterai Li-ion yang ditempatkan ke dalam kendaraan umumnya mengikuti

empat langkah kunci, antara lain: (i) pembuatan komponen sel baterai; (ii) pembuatan sel

baterai; (iii) pembuatan komponen baterai lainnya, termasuk BMS, sistem pendingin pasif,

dan housing; dan (iv) perakitan baterai. Proses pembuatan selengkapnya dapat dilihat pada

gambar di bawah ini

Setelah casing sel baterai disegel, ia diisi dan diuji. Sel-sel individu kemudian dirakit

dengan BMS dan housing untuk membentuk baterai. Baterai biasanya memiliki casing yang

berisi semua sel dan BMS. Baterai ini kemudian dikombinasikan dengan sistem pendingin dan

ditempatkan ke dalam kendaraan dalam logam yang mendukung atau plastic housing


Baterai LI-ION

2.3. TAHAP PENGGUNAAN

Meskipun fokus studi LCA adalah pada baterai Li-ion, mengingat fakta bahwa tujuan dari

baterai adalah untuk menyediakan energi untuk transportasi dalam tahap penggunaan, studi

ini mencakup penilaian dampak yang dihasilkan dari kendaraan di mana baterai ditempatkan

(EVS dan PHEVs), dalam tahap penggunaan saja. Kami menilai dua jenis kendaraan, sebagai

berikut:

a) Plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs) dapat mengisi baterai dengan cara

menghubungkannya ke sistem yang menyediakan sistem kelistrikan, serta

penggunaan bensin untuk daya baterai (mirip dengan kendaraan listrik hibridisasi).

Akibatnya, PHEVs dapat mengkonsumsi bahan bakar baik mesin dan listrik dari

jaringan listrik. LCA ini difokuskan pada PHEVs dengan kisaran 40 mil (PHEV-40).

PHEV-40 memerlukan baterai dengan kepadatan energi yang lebih tinggi, mirip

dengan EVS.

b) Electric Vehicles (EV) seluruhnya didukung oleh baterai yang diisi dengan listrik dari

jaringan listrik. EVS tidak memiliki mesin pembakaran internal.

Kami juga memberikan penilaian kualitatif kendaraan mesin pembakaran internal

(ICEVs) dalam tahap digunakan untuk satu kategori dampak (yaitu, emisi gas rumah kaca).

Kendaraan ini memiliki baterai, tetapi baterai tidak digunakan untuk meningkatkan efisiensi

kendaraan. Baterai ICEV biasanya dibuat dengan timbal-asam kimia, dan hanya digunakan

untuk menghidupkan mesin pembakaran internal. ICEVs hanya mengkonsumsi bahan bakar

mesin. Sebagaimana dicatat sebelumnya, data LCI untuk tahap penggunaan adalah fungsi dari

jumlah dan jenis energi yang dikonsumsi untuk mengoperasikan kendaraan. Oleh karena itu,

di bawah ini kami dijelaskan (i) jumlah energi yang dikonsumsi selama penggunaan

kendaraan, yang tergantung pada efisiensi kendaraan, dan (ii) jenis energi yang dikonsumsi.

LCA ini menggunakan data simulasi PSAT (Powertrain System Analysis Toolkit) untuk

memperkirakan efisiensi kendaraan. Secara khusus, efisiensi kendaraan didasarkan pada

sebuah studi 2009 Argonne yang difokuskan pada emisi gas rumah kaca dari PHEVs. Hasil

dari penggunaan energy dapat dilihat pada tabel di bawah ini


Baterai LI-ION

2.3.1 EMISI KENDARAAN

Seperti dicatat dalam analisis PHEV Argonne WTW, tingkat emisi selama operasi

kendaraan akan memburuk dari waktu ke waktu. Adalah wajar untuk mengasumsikan bahwa

tingkat kerusakan konstan; Dua sumber menyediakan data emisi kendaraan:

a) Greet: Model greet menyediakan data emisi untuk ICEV konvensional bensin, HEVs,

dan PHEVs. Dalam penelitian ini, kami menggunakan emisi greet dari PHEVs sebagai

model dasar kita.

b) PE: Melalui Gabi database yang profesional, PE International menyediakan emisi

kendaraan untuk kendaraan Eropa. Kami menggunakan Euro 4 model kendaraan,

dengan mesin yang lebih kecil dari 1,4 liter perpindahan, untuk melengkapi dataset

greet. Emisi termasuk dalam dataset Gabi juga ditunjukkan pada Tabel di bawah ini

Selain efisiensi dan emisi kendaraan, metode pengisian listrik juga dianalisa Marginal

Pembangkitan Listrik untuk Dua Skenario Pengisian pada Tiga Daerah, hasilnya dapat dilihat

pada tabel di bawah ini:


Baterai LI-ION

2.4. TAHAP AKHIR HIDUP PRODUK

Baterai Li-ion ini untuk kendaraan listrik mencapai akhir masa pakainya 1 dekade

berikutnya, mereka akan mengakibatkan peningkatan persentase aliran limbah baterai.

Secara historis, daur ulang baterai difokuskan pada pemulihan kobalt, nilai penggunaannya

telah meningkat secara signifikan dalam menanggapi peningkatan permintaan dari sektor

baterai (Elliot, 2004). Namun, penggunaan kobalt dalam baterai diproyeksikan menurun

sebagai teknologi baterai berkembang dan logam lainnya digunakan sebagai pengganti kobalt

(Elliot, 2004; Gaines, 2009). Selain kobalt, daur ulang baterai juga dapat memulihkan lithium,

nikel, dan bahan lainnya. Penggunaan lithium, khususnya, diperkirakan akan meningkat,

karena meningkatnya permintaan untuk baterai Li-ion di kendaraan listrik.

Gambar di bawah ini menunjukkan pilihan disposisi utama EOL untuk baterai Li-ion yang

digunakan dalam kendaraan listrik. Skema menunjukkan bahwa baterai yang konsisten

dengan praktek saat ini, sesudah digunakan konsumen akan dikumpulkan untuk didaur ulang.

Meskipun ada beberapa pemulihan dan pilihan daur ulang. Beberapa limbah dari proses daur

ulang akan dikubur (diperkirakan sebagai <3% dari berat baterai). Covered metal akan lebih

disempurnakan dan digunakan untuk produksi baja atau aplikasi lain. Selain itu, non-logam

(misalnya, plastik) dapat disempurnakan untuk digunakan dalam produk-produk baru.


Baterai LI-ION

Setelah baterai mencapai akhir hidup mereka, dimungkinkan untuk menggunakan

mereka untuk aplikasi lain. Sebagai contoh, sel-sel dari baterai lithium untuk kendaraan dapat

diperbaharui dan digunakan untuk komputer atau jenis lain elektronik (Partnership, 2010).

Pilihan lain yang saat ini sedang diteliti dan diuji adalah untuk meremajakan sel-sel baterai

dengan elektrolit baru. Di bawah paten terbaru oleh General Motors, perusahaan telah

mengembangkan teknologi untuk memperlakukab sel dengan tujuan menghilangkan

kontaminan dan mengganti larutan elektrolit. Idealnya, dengan metode ini sel dapat

digunakan kembali dalam kendaraan itu sendiri (Harris, 2010). Untuk saat ini, bagaimanapun,

perbaikan dan peremajaan pilihan tidak didefinisikan dengan baik, dan penelitian tambahan

ke dalam standar pengujian dan keselamatan sedang dilakukan. Setelah baterai Li-ion yang

dibuang dalam skala besar, persentase baterai yang mengalami perbaikan dapat diharapkan

meningkat (Partnership, 2010).

3. Life Cycle Impact Assessment

Life-cycle Impact Assessment (LCIA) adalah evaluasi dampak lingkungan, sosial, dan

ekonomi yang potensial untuk sistem sebagai akibat dari beberapa tindakan. LCIA tidak

berusaha untuk menentukan dampak yang sebenarnya, melainkan untuk menghubungkan

data yang dikumpulkan dari LCI untuk kategori-kategori dari dampak yang mungkin

ditimbulkan dan untuk mengukur besarnya relatif kontribusi terhadap kategori dampak

tersebut (Fava et al, 1993;. Barnthouse et al, 1997.).

Secara konseptual, ada tiga fase utama LCIA, seperti yang didefinisikan oleh the Society of

Environmental Toxicology and Chemistry (SETAC) (Fava et al, 1991.):

Klasifikasi - Proses penugasan dan agregasi awal data dari persediaan untuk

mempengaruhi kategori. Contohnya pemilahan/sorting gas rumah kaca menjadi kategori

dampak yang potensial global warming untuk perhitungan.

Karakterisasi - Analisis dan perkiraan besarnya dampak potensial untuk setiap kategori

dampak, diperoleh melalui penerapan alat penilaian dampak tertentu.

Penilaian - Penetapan nilai relatif atau bobot dampak yang berbeda, dan integrasi semua

diseluruh kategori dampak untuk memungkinkan pengambil keputusan untuk

mengasimilasi dan mempertimbangkan berbagai nilai dampak yang relevan di seluruh

kategori dampak. Standar internasional untuk penilaian dampak siklus hidup, ISO 14042,

menganggap penilaian (“weighting”) sebagai elemen opsional untuk dimasukkan

tergantung pada tujuan dan ruang lingkup penelitian.


Baterai LI-ION

3.1 OVERVIEW OF MATERIAL USE AND PRIMARY ENERGY CONSUMPTION

a. Major Material Flows

b. Primary Energy Consumption

Konsumsi energi primer digunakan sebagai indikator dampak lingkungan yang potensial

dari siklus pembangkit energi secara keseluruhan. –Primary- Digunakan di sini untuk

menggambarkan bahan energik atau arus ditemukan di alam yang belum mengalami

transformasi. Dengan demikian, itu merupakan masukan dari kedua sistem bahan bakar

mentah dan bentuk energi lainnya. Input bahan bakar yang dikonversi dari massa ke satuan

energi dengan menggunakan nilai panas bahan bakar dan kepadatan seperti yang ditunjukkan

di bawah ini:

ISEE = AmtE or AmtF .

Dimana:

ISEE : nilai dampak untuk penggunaan energi (MJ) per unit fungsional;

AmtE : jumlah masukan persediaan energi listrik yang digunakan (MJ) per unit

fungsional;

AmtF : jumlah masukan persediaan bahan bakar yang digunakan (kg) per unit

fungsional;

H : nilai panas bahan bakar (MJ / L); dan

D : kerapatan bahan bakar (kg / L).


Baterai LI-ION

Tabel Penggunaan Energi Primer tahap Siklus-Hidup untuk Komponen Baterai (MJ/kWh Capacity)\1

Tabel Penggunaan Energi Primer pada Tahap Siklus-Hidup untuk Baterai EV (MJ/km)\1

Tabel Penggunaan Energi Primer pada Tahap Siklus-Hidup untuk Baterai PHEV (MJ/km) \1

Dilihat dari penggunaannya terlihat jelas banyak energi yang digunakan terutama yang

terjadi dalam tahap ekstraksi bahan. Hal ini sebagian besar disebabkan oleh produksi

aluminium ingot untuk sistem pendingin pasif dan katoda. Selain itu, produksi soda

(Na2CO3), dan sintesis lithium karbonat untuk katoda dan elektrolit, yang juga kontributor


Baterai LI-ION

besar. Dalam kasus Li-NCM dan LiFePO4 kimia, hasil produksi resin plastik dalam jumlah

yang cukup besar penggunaan energi primer (sekitar 10% dari total nilai-tahap tertentu).

Penggunaan energi yang lebih tinggi juga terlihat dalam pembuatan produk dari Li-NCM

dan LiFePO4 kimia. Dalam kasus kedua baterai, ini disebabkan oleh bahan bakar yang

menghasilkan listrik yang diperlukan untuk memproduksi baterai, serta bahan bakar yang

digunakan secara langsung selama produksi pack. Untuk baterai LiFePO4, pemurnian air

proses yang digunakan selama produksi baterai juga merupakan kontributor besar.

3.1 IMPACT CATEGORY RESULTS

Daftar hasil kategori dampak yang terjadi dalam penelitian ini antara lain :

a. Penipisan sumber daya abiotik

b. Potensi pemanasan global

c. Potensi Pengasaman

d. Potensi Eutrofikasi

e. Potensi penipisan Ozon

f. Potensi oksidasi fotokimia

g. Potensi toksisitas Ekologis

h. Potensi toksisitas Manusia

i. Pekerjaan berisiko kanker

j. Pekerjaan berisiko non-kanker

3.2.1 Penipisan sumber daya abiotik

Potensi penipisan sumber daya abiotik (Abiotic resource depletion potential/ADP) adalah

ukuran potensi penipisan sumber daya non-terbarukan selama produksi bahan atau energi

aliran. Langkah ini dihitung dengan menggunakan rasio tingkat ekstraksi untuk cadangan

global yang kuadrat dari materi, dibagi dengan rasio yang sama ini untuk berharga antimon

logam berat (Sb). Dampak massa per unit secara langsung berkaitan dengan tingkat penipisan

sumber daya, dan secara tidak langsung terkait dengan kelimpahan materi. ADP yang dihitung

seperti yang ditunjukkan di bawah ini (Guinée et al., 2002):

EFADP = Potensi penipisan abiotik material (unitless);

DR = Tingkat ekstraksi global bahan (kg / tahun);


Baterai LI-ION

R = Cadangan global utama dari bahan (kg);

DRSb = Tingkat ekstraksi global bahan referensi, antimon (kg / tahun); dan

RSB = Cadangan global utama dari bahan referensi, antimon (kg).

Dampak dari ADP dapat dihitung dengan:

ISAD = EFADP . Amt

ISAD = Nilai dampak penipisan abiotik untuk bahan (kg antimon-setara) per unit fungsional;

Amt = Jumlah bahan diekstraksi (kg) per unit fungsional.

Tabel Abiotic Resource Depletion Potential (ADP) untuk Komponen Baterai (kg Sb-Eq./kWh Capacity)\1

Tabel ADP pada Tahap Siklus Hidup untuk Baterai EV (kg Sb-Eq./km) \1


Baterai LI-ION

Tabel ADP pada Tahap Siklus Hidup untuk Baterai PHEV (kg Sb-Eq./km) \1

3.2.2 Potensi pemanasan global

Efek dari karbon dioksida (CO2) dan gas rumah kaca di atmosfer dapat menghasilkan

effect-greenhouse meningkatnya suhu dan perubahan iklim. Potensi pemanasan

global/Global Warming Potensial (GWP) mengacu pada pemanasan, relatif terhadap CO2,

bahwa bahan kimia berkontribusi terhadap efek ini dengan menangkap panas bumi. Skor

dampak bagi dampak pemanasan global dan perubahan iklim yang dihitung dengan

menggunakan massa pemanasan global yang gas lepas ke udara, dimodifikasi dengan faktor

kesetaraan GWP. GWP Faktor kesetaraan GWP adalah perkiraan kimia yang seumur hidup

atmosfer dan radiasi memaksa yang mungkin berkontribusi terhadap perubahan iklim global,

dibandingkan dengan CO2 referensi kimia; Oleh karena itu, GWPs dalam satuan setara CO2.

Persamaan untuk menghitung skor dampak untuk bahan kimia individu adalah sebagai

berikut:

ISGW = EFGWP . AmtGG

ISGW = Skor global dampak pemanasan untuk gas rumah kaca (CO2 kg-setara) per unit

fungsional;

EFGWP = GWP kesetaraan faktor untuk gas rumah kaca (CO2-setara, 100 tahun horizon

waktu);

AmtGG = jumlah persediaan gas rumah kaca (GG) lepas ke udara (kg) per unit fungsional.


Baterai LI-ION

Tabel Global Warming Potential (GWP) dari Komponen Baterai (kg CO2-Eq./kWh Capacity) \1

Tabel GWP pada Tahap Siklus Hidup untuk Baterai EV (kg CO2-Eq./km) \1

Tabel GWP pada Tahap Siklus Hidup untuk Baterai PHEV (kg CO2-Eq./km) \1

Gambar di bawah ini, menunjukkan hubungan antara intensitas karbon grid dan potensi

pemanasan global dari keseluruhan siklus hidup baterai untuk tipe baterai dan kendaraan.


Baterai LI-ION

Pada gambar disajikan intensitas karbon dari grid-mix yang dihasilkan dari (i) pengisian tak

terbatas dalam ISO-NE grid, dan (ii) pengisian pintar di IL grid.

3.2.3 Potensi Pengasaman

Dalam penelitian ini, digunakan Alat EPA untuk Pengurangan dan Penilaian Kimia dan

Dampak lingkungan lainnya (Traci) 2.0 untuk menentukan dampak pengasaman potensial

dari emisi udara anorganik di seluruh siklus hidup. Pengasaman air menyebabkan

peningkatan keasaman tanah dan air, dengan manifestasi yang hujan asam yang paling

terlihat. Satuan dampak ini adalah hidrogen setara molar ion yang diproduksi per kilogram

emisi. Emisi anorganik yang berkontribusi terhadap kategori dampak ini termasuk amonia,

asam kuat anorganik (misalnya, HCl), dan nitrogen dan sulfur oksida.

Karakterisasi Dampak didasarkan pada jumlah persediaan bahan kimia yang dilepaskan

ke udara yang akan menyebabkan pengasaman, dikalikan dengan potensi pengasaman (AP)


Baterai LI-ION

faktor ekivalensi kimia yang. AP Faktor kesetaraan adalah jumlah mol ion hidrogen yang

secara teoritis dapat terbentuk per satuan massa polutan yang dilepaskan.

Nilai dampak dihitung dengan:

ISAP = EFAP . AmtAC

ISAP = Nilai dampak bagi pengasaman untuk kimia (kg H + mol-setara) per unit fungsional;

EFAP = Faktor AP kesetaraan untuk kimia (kg H + mol-setara); dan

AMTAC = Jumlah bahan kimia yang bersifat asam (AC) dirilis ke udara (kg) per unit fungsional.

Tabel Acidification Potential (AP) dari Komponen Baterai (kg H+ Mol-Eq./kWh) \1

Katoda adalah kontributor yang signifikan terhadap pengasaman dampak untuk semua

baterai kimia. Di sini, dampak pengasaman terkait dengan bahan baku yang diperlukan untuk

baterai kimia. Namun, di baterai kimia, dampak Li-NCM produksi katoda secara signifikan

lebih tinggi. Hal ini disebabkan produksi hulu nikel sulfat, yang menghasilkan emisi besar

sulfur dioksida sebagai produk sampingan reaksi (Majeau-Bettez et al., 2010). Dalam kasus Li-

NCM dan baterai LiFePO4, pembuatan baterai diperkirakan menimbulkan dampak yang

cukup besar sebagai akibat dari konsumsi listrik.


Baterai LI-ION

Tabel AP pada Tahap Siklus Hidup untuk Baterai EV (kg H+ Mol-Eq./km)\1

Tabel AP pada Tahap Siklus Hidup untuk Baterai PHEV (kg H+ Mol-Eq./km)\1

Pada tahap ekstraksi bahan, nikel sulfat mendominasi dalam baterai Li-NCM, sementara

produksi aluminium ingot untuk sistem pendingin pasif dan katoda merupakan kontributor

yang signifikan untuk dampak kimia lainnya. Namun, tampak bahwa konsumsi listrik selama

tahap penggunaan adalah pendorong utama dampak pengasaman keseluruhan.

Seperti disebutkan di atas, dampak pengasaman dilaporkan adalah fungsi dari massa

bahan kimia pembentuk asam yang dipancarkan ke udara dan potensi pengasaman (AP)

faktor ekivalensi kimia yang. Faktor kesetaraan AP adalah jumlah mol ion hidrogen yang

secara teoritis dapat terbentuk per satuan massa polutan yang dilepaskan. Ini adalah

pendekatan penyetaraan penuh untuk dampak karakterisasi, di mana semua zat yang dibahas

dalam model teknis terpadu yang cocok kepastian hasil karakterisasi dari faktor kesetaraan

parsial dibahas berkaitan dengan dampak lainnya. Faktor kesetaraan AP yang umum

digunakan dalam LCA dan dianggap data yang dapat diandalkan.


Baterai LI-ION

3.2.4 Potensi Eutrofikasi

Traci 2.0 juga digunakan untuk menentukan potensi eutrofikasi, atau fertilisasi air

permukaan dengan nutrisi yang sebelumnya langka seperti nitrogen dan fosfor, dari emisi

siklus hidup. Satuan nilai pembobotan dalam kategori dampak ini adalah setara nitrogen per

kilogram emisi. Emisi anorganik yang berkontribusi terhadap kategori dampak ini termasuk

amonia dan nitrogen yang mengandung senyawa yang larut dalam air lainnya, fosfat dan

fosfor yang mengandung senyawa larut dalam air lainnya, dan kebutuhan oksigen biologis

dan kimia.

Nilai dampak dihitung dengan:

ISEP = EFEP . AmtEC

ISEP = nilai dampak dampak kualitas air daerah dari bahan kimia (kg nitrogen-setara) per unit

fungsional;

EFEP = faktor EP kesetaraan untuk kimia (kg nitrogen-setara); dan

Amtec = massa persediaan (kg) dari eutrofikasi-inducing kimia (EC) per unit fungsional dalam

aliran air limbah yang dikeluarkan ke permukaan air setelah perawatan, jika berlaku.

Tabel Eutrophication Potential (EP) untuk Komponen Baterai (kg N-Eq./kWh)\1


Baterai LI-ION

Tabel EP pada Tahap Siklus Hidup untuk Baterai EV (kg N-Eq./km)\1

Tabel EP pada Tahap Siklus Hidup untuk Baterai PHEV (kg N-Eq./km)\1

Metodologi LCIA menghitung dampak dari massa bahan kimia dilepaskan langsung ke

permukaan air, dan potensi eutrofikasi (EP) faktor kesetaraan kimia itu. EP merupakan faktor

kesetaraan sebagian berasal dari hubungan antara kimia dan nitrogen. Sebagai pendekatan

penyetaraan parsial, hanya sebagian dari zat dapat dikonversi menjadi faktor kesetaraan,

yang merupakan keterbatasan metodologi LCIA ini. Metodologi, bagaimanapun, tidak

memperhitungkan nitrogen dan fosfor, yang merupakan dua nutrisi membatasi utama yang

penting bagi eutrofikasi, dan EP yang umum digunakan dalam LCA dan dianggap data yang

dapat diandalkan.

3.2.5 Potensi penipisan Ozon

Lapisan ozon stratosfer menyaring radiasi ultraviolet yang berbahaya dari matahari.

Bahan kimia seperti chlorofluorocarbon, jika dilepaskan ke atmosfer, dapat menyebabkan

reaksi kimia perusak ozon. Penipisan ozon stratosfir mengacu pada pelepasan bahan kimia

yang dapat menyebabkan efek ini. Skor Dampak didasarkan pada identitas dan jumlah bahan


Baterai LI-ION

kimia perusak ozon lepas ke udara. Saat diidentifikasi bahan kimia perusak ozon adalah

bahan kimia dengan potensi penipisan ozon (ODP), yang merupakan ukuran perubahan di

kolom ozon di negara kesetimbangan suatu zat dibandingkan dengan chlorofluorocarbon

referensi kimia (CFC), CFC 11 (triklorofluorometana) (Heijungs et al, 1992;. EPA, 1990). ODPs

bahan kimia dalam persediaan baterai berasal dari Traci 2.0 model EPA. Skor dampak kimia

untuk penipisan ozon didasarkan pada jumlah ODP dan inventarisasi bahan kimia:

ISODP = EFODP . AmtODC

ISODP = Nilai dampak untuk penipisan ozon untuk kimia (kg CFC 11-setara) per unit

fungsional;

EFODP = faktor ODP kesetaraan untuk kimia (kg CFC 11-setara); dan

AmtODC = jumlah ozon depleting bahan kimia (ODC) dirilis ke udara (kg) per unit fungsional.

Tabel Ozone Depletion Potential (ODP) untuk Komponen Baterai Li-ion (kg CFC 11-Eq./kWh) \1

Tabel ODP pada Tahap Siklus Hidup untuk Baterai EV (kg CFC 11-Eq./km)\1

Tabel ODP pada Tahap Siklus Hidup untuk Baterai PHEV (kg CFC 11-Eq./km)\1


Baterai LI-ION

Untuk PHEV dan EV baterai, fase ekstraksi bahan kontribusi besar untuk penipisan ozon.

Kontribusi terbesar termasuk proses produksi aluminium untuk sistem pendinginan pasif,

katoda, dan, dalam kasus LiFePO4 baterai kimia, kontainer sel. Metodologi LCIA didasarkan

pada penipisan ozon faktor kesetaraan potensial, yang biasa digunakan dalam LCA dan

dianggap data yang dapat diandalkan. Namun, varians dari CFC-11 emisi dari grid listrik

merupakan sumber besar ketidakpastian.

3.2.6 Potensi oksidasi fotokimia

Oksidan fotokimia diproduksi di atmosfer dari sinar matahari bereaksi dengan

hidrokarbon dan oksida nitrogen. Pada konsentrasi tinggi dapat menyebabkan atau

memperburuk masalah kesehatan, toksisitas tanaman, dan kerusakan bahan-bahan tertentu.

Potensi oksidasi fotokimia (POP) mengacu pada pelepasan bahan kimia yang berkontribusi

terhadap efek ini. Traci 2.0 digunakan untuk menentukan potensi oksidasi fotokimia, atau

produksi asap fotokimia melalui reaksi senyawa organik volatil (VOC) dan oksida anorganik

sulfur dan nitrogen, dari emisi udara siklus hidup. Satuan nilai pembobotan dalam kategori

dampak ini adalah setara ozon kilogram per kilogram emisi. Emisi anorganik yang

berkontribusi terhadap kategori dampak ini mencakup semua VOC non-metana, nitrogen dan

sulfur oksida, dan beberapa senyawa lain. Rata-dampak dapat dihitung sebagai berikut:

ISPOP = EFPOP . AmtPOC

ISPOP = nilai dampak untuk oksidasi fotokimia untuk kimia (kg ozon-setara) per unit

fungsional;

EFPOP = faktor POP kesetaraan untuk kimia (kg ozon-setara); dan

AmtPOC = jumlah fotokimia oksidasi kimia (POC) dirilis ke udara (kg) per unit fungsional.


Baterai LI-ION

Tabel Photochemical Oxidation Potential (POP) untuk Komponen Baterai (kg O3-Eq./kWh)\1

Dampak oksidasi fotokimia terutama disebabkan produksi katoda dan anoda untuk

baterai LiMnO2, dan katoda dan pembuatan paket untuk dua baterai kimia lainnya. Dampak

pembuatan paket yang disebabkan konsumsi listrik di seluruh baterai kimia. Selain itu,

pemurnian dan pemompaan air proses selama produksi LiFePO4 kontribusi besar untuk

kategori dampak ini. Seperti disebutkan di atas, data primer yang terbatas untuk pembuatan

paket disediakan untuk baterai LiMnO2.

Tabel POP pada Tahap Siklus Hidup untuk Baterai EV (kg O3-Eq./km)\1


Baterai LI-ION

Tabel POP pada Tahap Siklus Hidup untuk Baterai PHEV (kg O3-Eq./km)\1

Tahap ekstraksi bahan kontribusi paling signifikan terhadap potensi oksidasi fotokimia

untuk EV dan PHEV baterai. Hal ini terutama disebabkan oleh produksi soda (Na2CO3), yang

digunakan dalam sintesis garam lithium hilir, dan aluminium yang pada akhirnya masuk ke

dalam sistem pendingin pasif dan katoda.

Metodologi LCIA didasarkan pada oksidasi fotokimia faktor kesetaraan potensi ozon-setara,

yang biasa digunakan dalam LCA, berasal dari modus kesetaraan penuh, dan dianggap data

yang dapat diandalkan. Akibatnya, ketidakpastian yang berhubungan dengan hasil ini

dianggap sederhana, dengan pengecualian dari penggunaan energi selama pembuatan paket.

3.2.7 Potensi toksisitas Ekologis

Faktor karakterisasi air tawar USETox adalah agregasi-kimia spesifik kimia, paparan

ekologi, dan efek (yaitu, toksisitas) faktor yang berusaha secara sistematis ciri dampak

ekologis emisi pada organisme air tawar. Model USETox memberikan perkiraan fraksi yang

berpotensi terkena dampak spesies/ fraction of species (PAF), terintegrasi dari waktu ke

waktu dan volume per unit massa dari bahan kimia yang dipancarkan, hari PAF m3 kg-1

(Rosenbaum et al., 2008).

ISETP = CFETP . AmtETC

ISETP = nilai dampak toksisitas ekologi bahan kimia (hari PAF m3) per unit fungsional;

CFETP = potensi toksisitas ekologi (ETP) faktor karakterisasi untuk kimia (hari PAF m3); dan

AmtETC = jumlah bahan kimia beracun ekologis (ETC) dirilis ke udara, tanah, atau air (kg) per

unit fungsional.


Baterai LI-ION

Tabel Nilai Dampak Ecological Toxicity Potential (ETP) untuk Komponen Baterai (PAF m3 day/kWh) \1

Tabel Nilai Dampak ETP pada Tahap Siklus Hidup untuk Baterai EV (PAF m3 day/km)\1

Tabel Nilai Dampak ETP pada Tahap Siklus Hidup untuk Baterai PHEV (PAF m3 day/km)\1

Ekstraksi bijih logam dan pengolahan mentah dalam tahap ekstraksi bahan mendorong

potensi dampak toksisitas ekologi. Hal ini sebagian besar disebabkan oleh penggunaan baja

untuk semua baterai kimia. Baja cold-rolled terutama digunakan dalam sistem pendingin


Baterai LI-ION

pasif, perumahan baterai, dan sistem manajemen baterai. LiFePO4 menunjukkan dampak

yang lebih tinggi dalam tahap pembuatan komponen, yang bertentangan dengan baterai kimia

lainnya, karena bahan yang digunakan untuk pembuatan katoda (misalnya, besi).

3.2.8 Potensi toksisitas Manusia

Faktor karakterisasi USETox adalah agregasi-kimia spesifik kimia, paparan, dan efek

(yaitu, toksisitas) faktor yang berusaha secara sistematis ciri dampak kesehatan manusia

emisi (yaitu, potensi dampak toksisitas untuk masyarakat umum). Karakterisasi Faktor

memberikan perkiraan peningkatan morbiditas dalam total populasi manusia per unit massa

dari bahan kimia yang dipancarkan, dengan asumsi bobot yang sama antara kanker dan non-

kanker (Rosenbaum et al., 2008).

ISHTP = CFHTP . AmtHTC

ISHTP = nilai dampak bagi potensi manusia toksisitas (HTP) bahan kimia (kasus) per unit

fungsional;

CFHTP = faktor karakterisasi HTP untuk kimia (kasus); dan

AmtHTC = jumlah manusia bahan kimia beracun (HTC) dirilis ke udara, tanah, atau air (kg) per

unit fungsional

Tabel Nilai Dampak Human Toxicity Potential (HTP) untuk Komponen Baterai (Cases/kWh)\1

Dampak toksisitas manusia selama tahap hulu dan manufaktur terutama hasil dari bahan

yang digunakan untuk memproduksi katoda, baterai, dan perumahan. Proses yang mewakili

ekstraksi bijih dan pengolahan awal aluminium, baja, dan akun tembaga untuk sebagian besar

dampak berbasis komponen, di semua baterai kimia.


Baterai LI-ION

Tabel Nilai Dampak HTP pada Tahap Siklus Hidup untuk Baterai EV (Cases/km)\1

Tabel Nilai Dampak HTP pada Tahap Siklus Hidup untuk Baterai PHEV (Cases/km)\1

Penggunaan tahap dampak toksisitas manusia terutama hasil dari emisi udara akibat

pembakaran bahan bakar untuk memasok listrik. Pembakaran batubara bituminous adalah

penggerak utama (~ 60% dari tahap total), diikuti oleh biomassa (~25%), dan gas alam

(~15%). Tiga besar dampak emisi udara adalah organik senyawa akrolein (~50%), isoprena

(~25%), dan benzene (~10%). Dalam hal dampak tahap non-penggunaan, ekstraksi bahan,

dilanjutkan dengan pembuatan produk dan komponen, adalah tahapan utama yang

mendorong dampak dalam kategori ini. Pada tahap ekstraksi bahan, produksi aluminium

untuk sistem pendinginan dan katoda merupakan kontributor kunci, karena emisi udara

formaldehida, benzo [a] pyrene, dan dioxin. Selain itu, pembuatan katoda dan kabel tercetak

(circuit) papan untuk sistem manajemen baterai berkontribusi besar dalam tahap komponen

manufaktur, karena emisi udara formaldehida dan, dalam kasus bahan aktif katoda, emisi

dioxin ke permukaan air.


Baterai LI-ION

3.2.9 Pekerjaan berisiko kanker

Dampak risiko pekerjaan didefinisikan dalam konteks penilaian siklus hidup sebagai

ukuran relatif potensi bahaya kimia untuk pekerja. Karakteristik kimia yang

mengklasifikasikan persediaan dalam kategori risiko pekerjaan adalah toksisitas. Penilaian

potensi kerja yang berdampak bahaya kanker pada LCA ini bergantung pada ukuran toksisitas

kanker kronis, yang merupakan manifestasi dari karsinogenisitas yang terjadi sebagai akibat

dari paparan berulang untuk agen beracun selama periode yang relatif lama (misalnya,

tahun). Karsinogen diidentifikasi dengan mencari daftar bahan kimia beracun (misalnya,

Racun Persediaan Pers), database toksisitas (misalnya, Badan Internasional untuk Penelitian

Kanker Klasifikasi Database, Zat Berbahaya Data Bank, Registry Efek Beracun Bahan-bahan

Kimia), dan literatur lainnya. Bahan dalam persediaan baterai yang tidak dibahas dalam

kemitraan DFE sebelumnya LCA dikeluarkan dari ulasan untuk carcinogenicity jika mereka-

umumnya dianggap sebagai safe (misalnya, nitrogen, kalsium).

Skor dampak bahaya kanker kerja dihitung berdasarkan metode scoring kimia

dimodifikasi dari CHEMS-1 Metode ditemukan di Swanson et al. (1997). Bahan kimia yang

dianggap berpotensi beracun diberi nilai bahaya toksisitas (HV). Ini melibatkan pengumpulan

faktor kemiringan kanker, atau data toksisitas epidemiologi atau hewan mentah, dari sumber

daya yang disebutkan di atas. Jika data toksisitas tidak tersedia untuk bahan kimia, default HV

berarti diberikan, derivasi dari yang dijelaskan di bawah ini. Perbedaan antara bahan kimia

murni dan campuran dilakukan, jika mungkin, dengan menentukan bahan komponen

campuran dalam persediaan. Perhitungan HVs kanker kerja dijelaskan di bawah ini, dan

perhitungan non-kanker kerja dijelaskan di bagian berikut.

HV kanker menggunakan faktor kemiringan kanker atau berat kanker bukti (WOE)

klasifikasi ditugaskan oleh EPA atau Badan Internasional untuk Penelitian Kanker (IARC). Jika

kedua faktor kemiringan lisan dan inhalasi ada, faktor kemiringan mewakili bahaya yang

lebih besar dipilih:

HVCA Oral = nilai kanker mulut bahaya untuk bahan kimia (unitless);

OralSF = kanker faktor kemiringan oral untuk bahan kimia (mg / kg-hari) -1;

OralSF, GM = faktor kemiringan kanker rata-rata geometris dari semua faktor kemiringan

tersedia (mg / kg-hari) -1

HVCA inhalasi = nilai bahaya inhalasi kanker untuk kimia (unitless);


Baterai LI-ION

InhalationSF = faktor kemiringan inhalasi kanker untuk kimia (mg / kg-hari) -1; dan

InhalationSF, GM = faktor inhalasi kanker kemiringan rata-rata geometris dari semua faktor

yang tersedia inhalasi kemiringan (mg / kg-hari) -1

Dimana ada faktor kemiringan yang tersedia untuk bahan kimia, tapi ada klasifikasi WOE,

WOE digunakan untuk menunjuk nilai bahaya default sebagai berikut: EPA WOE Grup D

(tidak diklasifikasikan) dan E (noncarcinogen) menurut pedoman identifikasi bahaya 1.986

kanker, deskripsi EPA WOE informasi -inadequate untuk menilai potential‖ karsinogenik dan

-tidak mungkin karsinogenik untuk humans‖ menurut pedoman identifikasi bahaya kanker

tahun 2005, dan IARC Kelompok 3 (tidak diklasifikasikan) dan 4 (mungkin tidak

karsinogenik) diberi nilai bahaya nol. Semua klasifikasi WOE lainnya (dikenal, mungkin, dan

karsinogen manusia mungkin) diberi HV default 1 (wakil dari faktor kemiringan rata-rata

geometrik). Demikian pula, bahan yang ada data kanker ada, tetapi ditetapkan sebagai

berpotensi beracun, juga diberikan nilai default dari 1.

HV kanker untuk suatu bahan kimia tertentu, apakah itu dari faktor kemiringan atau

WOE, kemudian dikalikan dengan jumlah persediaan yang berlaku untuk menghitung skor

dampak efek kanker potensial:

ISCHO-CA = HVCA . AmtTC, input

ISCHO-CA = nilai dampak efek kesehatan kanker kerja kronis kimia (kg cancertox-setara)

per unit fungsional;

HVCA = nilai hazard untuk carcinogenicity untuk bahan kimia; dan

AmtTC, input = jumlah masukan bahan kimia beracun (kg) per unit fungsional untuk kimia.

Tabel Nilai Dampak Occupational Cancer Hazard untuk Komponen Baterai (Unitless)\1


Baterai LI-ION

Dampak kanker terutama disebabkan oleh bahan dan ekstraksi yang dibutuhkan untuk

katoda, terutama air garam lithium. Dampak dari baterai LiFePO4 secara signifikan lebih

besar, karena peningkatan jumlah air garam lithium dikonsumsi hulu produksi bahan aktif

katoda. Sedikit yang diketahui tentang susunan kimia penuh dan toksisitas air garam garam

ini. EPA Struktur Activity Team memperkirakan bahwa garam lithium larut seperti lithium

klorida dan lithium karbonat tidak akan diserap melalui kulit, tetapi akan memiliki daya serap

yang baik dari paru-paru dan saluran pencernaan. Namun, mereka tidak mengetahui adanya

bukti mutagenisitas atau karsinogenisitas.

Tabel Nilai Dampak Occupational Cancer Hazard pada Tahap Siklus Hidup untuk Baterai EV (Unitless)\1

Tabel Nilai Dampak Occupational Cancer Hazard pada Tahap Siklus Hidup untuk Baterai PHEV (Unitless)\1

Ekstraksi bahan dan tahapan penggunaan adalah pendorong utama tahap siklus hidup

dampak dalam kategori ini. Dampak tahap Penggunaan terutama karena batubara

pembangkit listrik (sekitar 75%) dan gas alam dipecat pembangkit listrik (sekitar 20%). Input

bahan bakar termasuk batubara dan minyak mentah yang mengalir bahan terlibat dampak

tersebut, masing-masing. Bahan bakar ini memiliki nilai bahaya default karena kurangnya

informasi tentang faktor kemiringan kanker, dan muncul terutama sebagai akibat dari massa

yang signifikan yang digunakan per kilometer.


Baterai LI-ION

3.2.10 Pekerjaan berisiko non-kanker

Nilai dampak bahaya non-kanker juga dihitung berdasarkan metode scoring kimia

dimodifikasi dari CHEMS-1 Metode ditemukan di Swanson et al. (1997). Bahan kimia yang

dianggap berpotensi beracun diberi nilai bahaya toksisitas (HV). Ini melibatkan

mengumpulkan toksisitas epidemiologi atau hewan data dari sumber yang disebutkan pada

bagian sebelumnya (misalnya, IRIS atau HSDB).

HVNC Oral = nilai bahaya lisan non-karsinogen untuk kimia (unitless);

Oral NOAEL = Oral NOAEL untuk kimia (mg / kg-hari);

NOAELGM = rata-rata geometris oral NOAEL semua NOAELs oral yang tersedia (mg

/ kgday);

HVNC inhalasi = nilai bahaya inhalasi non-karsinogen untuk kimia (unitless);

inhal NOAEL = NOAEL inhalasi untuk kimia (mg / m3); dan

inhal NOAELGM = rata-rata geometris inhalasi NOAEL semua NOAELs inhalasi yang

tersedia (mg / m3).

Jika data LOAEL yang tersedia, bukan data NOAEL, LOAEL, dibagi dengan 10, yang

digunakan untuk menggantikan NOAEL. Titik akhir yang paling sensitif digunakan jika ada

data beberapa titik selama satu bahan kimia.

HVs Non-karsinogen untuk suatu bahan kimia tertentu dikalikan dengan input persediaan

yang berlaku untuk menghitung skor dampak efek non-kanker:

ISCHO-NC = HVNC X AmtTC, input

ISCHO-NC = nilai dampak efek kesehatan kronis kerja non-kanker untuk kimia (kg

noncancertox-setara) per unit fungsional;

HVNC = nilai bahaya efek non-kanker kronis kimia; dan

AmtTC, input = jumlah masukan bahan kimia beracun (kg) per unit fungsional untuk kimia.


Baterai LI-ION

Tabel Nilai Dampak Occupational Non-Cancer Hazard untuk Komponen Baterai (Unitless)\1

Serupa dengan hasil dampak kanker kerja yang disajikan dalam bagian sebelumnya,

potensi dampak non-kanker kerja terutama disebabkan oleh bahan dan ekstraksi yang

dibutuhkan untuk menghasilkan katoda, terutama air garam lithium, tentang yang sedikit

yang diketahui.

Tabel Nilai Dampak Non-Occupational Cancer Hazard pada Tahap Siklus Hidup untuk Baterai EV (Unitless)\1

Tabel Nilai Dampak Non-Occupational Cancer Hazard pada Tahap Siklus Hidup untuk Baterai PHEV (Unitless)\1


Baterai LI-ION

Seperti halnya dengan kategori bahaya kanker kerja, kategori bahaya non-kanker kerja

menunjukkan dampak yang signifikan berasal dari tahap digunakan. Hal ini terutama

disebabkan oleh input bahan bakar selama produksi listrik, dan batubara bituminous

tertentu, yang digunakan dalam jumlah yang relatif besar untuk menghasilkan listrik untuk

rata-rata US jaringan. Batubara diberi nilai bahaya default 1 karena kurangnya toksisitas non-

kanker data untuk sumber daya ini.

Setelah tahap penggunaan, paling potensial dampak non-kanker kerja yang dikaitkan

dengan tahap ekstraksi bahan. Hal ini terutama disebabkan oleh air garam lithium yang

digunakan dalam pembuatan katoda untuk LiMnO2 dan LiFePO4 baterai. Selain itu, sulfat

kobalt diproduksi hulu untuk digunakan dalam sintesis Li-NCM katoda bahan aktif menguasai

kontribusi dari tahap gunakan untuk keseluruhan dampak bahaya non-kanker kerja untuk

baterai kimia ini.

3.2 SWCNT ANODE ANALYSIS

Pada baterai lithium-ion digunakan anoda SWCNT, pembuatan dan penggunaan anoda

SWCNT memiliki penggunaan energi dan dampak yang berbeda dengan anoda tradisional.

Energi yang dibutuhkan untuk produksi anoda SWCNT secara signifikan lebih besar daripada

energi yang dibutuhkan untuk produksi grafit anoda baterai-kelas. Hasil menunjukkan bahwa

jika konsumsi listrik selama pembuatan SWCNT dikurangi menjadi 11 kWh per kWh

kapasitas, semua tapi dampak bahaya non-kanker kerja akan sebanding dengan anoda grafit.

Untuk perbandingan lebih detail dapat dilihat pada tabel.

Tabel Perbandingan Dampak Pembuatan Anoda SWCNT dan Battery kelas Grafit


Baterai LI-ION

3.3 SENSITIVITY ANALYSIS

Analisis sensitivitas dilakukan untuk menilai sensitivitas semua hasil kategori dampak

variabel-variabel berikut:

a. Lifetime baterai, yang kita dibagi dua dari dasar-kasus 10 tahun, 5 tahun; dan

b. Berbagai tingkat pemulihan dan penggunaan kembali untuk bahan dalam baterai,

sebagaimana diatur dalam pengiriman data primer dengan daur ulang; dan

c. Kombinasi dari enam skenario pengisian yang berbeda berdasarkan dua jenis pengisian

pilihan (tak terbatas dan cerdas pengisian) dan tiga grid dari berbagai daerah, sebagai

berikut (Elgowainy et al, 2009.):

1. Western Electricity Coordinating Council (WECC) - Natural gas-centric marginal

generation

2. Independent System Operator – New England (ISO-NE) - Natural gas-centric marginal

generation

3. Illinois (IL) – Coal-centric marginal generation

Hasil analisis sensitivitas dari mengurangi masa 10-5 tahun disajikan pada Tabel 3-36

dan 3-37 di bawah ini.

Tabel Sensitivitas Terhadap Pengurangan Separuh Lifetime untuk Baterai EV


Baterai LI-ION

Tabel Sensitivitas Terhadap Pengurangan Separuh Lifetime untuk Baterai PHEV

Mengurangi separuh masa pakai baterai memiliki efek samping yang signifikan pada

kategori dampak, termasuk resiko kanker dan non-kanker, ekotoksisitas, dan penipisan ozon.

Efek samping ini lebih jelas untuk EV baterai dibandingkan baterai PHEV, karena penggantian

EV baterai penuh memerlukan substansial lebih baterai yang diproduksi daripada yang

terjadi di PHEV. Seperti yang diharapkan, kategori dampak yang dipengaruhi oleh energi, dan

terutama konsumsi listrik, kurang sensitif terhadap pengurangan separuh dari masa hidup

baterai, karena pengaruh luar biasa dari tahap penggunaan. Daftar ini mencakup potensi

abiotik deplesi, potensi oksidasi fotokimia, potensi pemanasan global, potensi pengasaman,

dan potensi toksisitas manusia.

Tabel Sensitivitas terhadap Ranges Bahan Pemulihan dan Perkiraan Penggunaan Kembali untuk Baterai EV


Baterai LI-ION

Tabel Sensitivitas terhadap Ranges Bahan Pemulihan dan Perkiraan Penggunaan Kembali untuk Baterai EV

Analisis utama kami dampak EOL didasarkan pada high-end dari rentang tingkat

pemulihan yang disediakan oleh daur ulang untuk setiap bahan baterai. Ketika melakukan

analisis sensitivitas dan membandingkan hasil dampak antara rendah dan high-end dari

rentang yang disediakan, kami menemukan bahwa dampak tidak sangat sensitif terhadap

tingkat (dalam kisaran tersebut), dengan pengecualian dari resiko non-kanker dan, pada

tingkat lebih rendah, kategori kanker. Hal ini penting, namun, untuk diingat bahwa hasil studi

menunjukkan bahwa pemulihan bahan dalam tahap EOL untuk digunakan sebagai bahan

sekunder baterai tidak signifikan mengurangi dampak keseluruhan, terutama dari

pengolahan dan ekstraksi tahap hulu, di baterai kimia.

Tabel Low and High Impacts from Grid and Charging Scenarios for EV Batteries


Baterai LI-ION

Tabel Low and High Impacts from Grid and Charging Scenarios for PHEV Batteries

Berdasarkan hasil yang ditunjukkan pada tabel di atas, dampak yang terjadi cenderung

jauh lebih tinggi bila didasarkan pada skenario pengisian dibatasi menggunakan grid IL, yang

hampir secara eksklusif menggunakan batubara sebagai bahan bakar. Dampak dari Low-end

terutama hasil dari ISO-NE skenario pengisian tidak dibatasi, yang didominasi listrik yang

berasal dari gas alam. Namun, untuk penipisan ozon dan toksisitas manusia, dampak yang

lebih rendah diamati di bawah IL - skenario pengisian pintar. Penurunan potensi penipisan

ozon di grid batubara-centric adalah karena emisi yang lebih rendah dari senyawa

terhalogenasi seperti R11 dan R12 (dichlorodifluoromethane), dibandingkan dengan grid

tergantung pada gas alam. Semakin rendah dampak kesehatan manusia dari skenario pintar-

pengisian IL tampaknya karena fakta bahwa emisi formaldehida selama pembakaran

batubara lebih rendah dari yang terjadi dengan pembakaran gas alam.

4. Summary of Result and Conclution

Kimia pada baterai mempengaruhi hasil dalam beberapa kategori dampak, dampak-

dampak yang terkait dengan ekstraksi material hulu dan pengolahan bahan, dan penggunaan

energi. Secara keseluruhan, studi ini menemukan bahwa pilihan bahan aktif untuk katoda

mempengaruhi hasil di sebagian besar kategori dampak. Sebagai contoh, kimia Li-NCM

bergantung pada logam langka, seperti kobalt dan nikel, dimana data menunjukkan non-

kanker dan kanker toksisitas yang signifikan berdampak potensial; hal ini tercermin dalam

kategori risiko pekerjaan. Dua baterai kimia lainnya relatif lebih rendah toksisitasnya,

mangan dan besi.

Pilihan material lainnya juga menghasilkan perbedaan dalam hasil dampak. Salah satu

pilihan yang menonjol secara khusus adalah penggunaan aluminium dalam berbagai

komponen baterai, dari substrat katoda ke casing sel. Baterai kimia yang menggunakan


Baterai LI-ION

jumlah yang aluminium yang lebih besar, seperti LiMnO2 dan LiFePO4, menunjukkan potensi

lebih tinggi untuk dampak penipisan ozon daripada baterai kimia yang tidak, Li-NCM. Seperti

yang telah dibahas sebelumnya, ini adalah hasil langsung dari CFC 11 yang dirilis selama

proses hulu.

Di baterai kimia, katoda merupakan penyumbang dominan pada upstream and

component manufacturing impact. Bahan-bahan aktif katoda memerlukan sejumlah besar

energi untuk diproduksi. Namun, data menunjukkan bahwa Li-NCM membutuhkan energi

primer sekitar 50% lebih besar dari dua bahan aktif lainnya.

Dampak bervariasi secara signifikan di seluruh tahapan siklus hidup untuk semua baterai

kimia dan jenis baterai kendaraan. Meskipun tahap penggunaan baterai mendominasi di

hampir semua kategori dampak, ekstraksi bahan hulu dan pengolahan dan baterai produksi

tidak dapat diabaikan di semua kategori, dan merupakan kontributor yang signifikan untuk

potensi eutrofikasi, potensi penipisan lapisan ozon, menyebabkan toksisitas ekologi, dan

kanker kerja dan kategori dampak bahaya non kanker.

Pengaruh dominan tahap penggunaan menjelaskan pentingnya asumsi dasar dan

sensitivitas model LCA ketika memeriksa grid. Batu bara dan listrik berbasis gas alam

berhubungan dengan racun emisi udara, bahan kimia pemanasan global, dan depletors ozon;

Namun, dampak relatif dari kedua bahan bakar ini berbeda

Selama ekstraksi dan pengolahan bahan tahapan hulu, yang terlibat dalam sejumlah

kategori dampak, logam menjadi driver dampak-pada tahap tertentu. Aluminium yang

digunakan dalam pembuatan katoda dan sistem pendingin pasif muncul sebagai driver di

sejumlah kategori dampak, terutama potensi penipisan ozon. Baja, yang digunakan di housing

pack baterai dan BMSmenjadi driver dari beberapa dampak yaitu potensi pemanasan global

dan potensi toksisitas ekologi, karena emisi sianida. Selain itu, hasil menunjukkan bahwa

penggunaan baja dapat mengurangi potensi eutrofikasi perairan yang digunakan selama

pengolahan, dengan mengurangi tingkat nutrient, sehingga menghasilkan net potensi

eutrofikasi negatif secara keseluruhan. Berbeda dengan logam, plastik resin hanya menjadi

driver pada sedikit kategori karena penggunaan dan energi yang lebih rendah yang digunakan

selama proses manufaktur. Resin plastik muncul dalam sedikit kategori sebagai driver, karena

baik untuk lebih rendah massa yang digunakan dalam baterai, dan untuk menurunkan

konsumsi energi selama pembuatan bagian.

Masa pakai baterai adalah penentu signifikan hasil dampak, karena langsung

memodifikasi proporsi dampak yang timbul dari semua tahapan non-penggunaan.

Mengurangi separuh masa hidup baterai hasil perubahan yang cukup besar dalam potensi


Baterai LI-ION

pemanasan global, potensi pengasaman, potensi penipisan ozon, dan potensi oksidasi

fotokimia (misalnya, kabut asap)

Penggunaan energi juga berbeda antara metode manufaktur baterai, metode tanpa

proses pelarut menggunakan lebih sedikit energi dibandingkan yang berbasis pelarut. Ini

diterjemahkan ke dalam dampak manufaktur tahap rendah di kategori driven by energy

consumption, seperti potensi pemanasan global, potensi pengasaman, dan potensi toksisitas

manusia

Perbedaan dampak di seluruh baterai kimia yang dikurangi dengan tingginya tingkat

reuse dan recovery di tahap EOL (end of life). Hal ini terutama pada bahan katoda aktif dan

logam massal seperti aluminium. Teknologi daur ulang suhu rendah sangat bermanfaat,

karena penggunaan energi yang lebih rendah, transformasi bahan rendah, dan lebih

penggunaan kembali secara langsung / daur ulang bahan yang digunakan dalam baterai.

PELUANG IMPROVISASI

Peningkatan lifetime baterai

Reduksi penggunaan nikel dan cobalt

Reduksi presentase kandungan logam

Menggunakan recovered material sebagai bahan produksi baterai baru (recycle)

Menggunakan proses manufaktur baterai tanpa pelarutan

Mengkaji ulang proses manufaktur dan pemilihan upstream materials untuk mengurangi

penggunaan energi primer pada katoda

5. Upgrading and Solution

Berdasarkan hasil LCA didapatkan beberapa hal yang perlu mendapatkan perhatian. Dari

hal tersebut maka muncul beberapa solusi untuk meningkatkan profil lingkungan baterai Li -

ion yang digunakan dalam plug-in hybrid dan kendaraan listrik sehingga berpengaruh dalam

perkembangan dan upgrading dari produk baterai Lithium-ion. Berikut adalah solusi yang

dapat diberikan . :

1. Upgrading masa pakai baterai masa pakai diasumsikan oleh konsumen selama 10 tahun,

karena itu diharapkan masa pakai baterai lithium-ion dapat ditingkatkan. Desain baterai

masa depan lebih baik fokus pada peningkatan masa pakai baterai, dalam rangka untuk

mengurangi dampak keseluruhan .

2. Mengurangi kobalt dan nikel dalam penggunaan material baterai. Logam ini menunjukkan

dampak toksisitas yang lebih tinggi. Seperti potensi terjadinya kanker . Oleh karena itu ,


Baterai LI-ION

solusi untuk mengurangi penggunaan dan / atau paparan bahan-bahan tersebut dari

suplier, proses manufaktur, dan tahapan EOL maka diharapkan untuk mengurangi

keseluruhan dampak potensial toksisitas .

3. Mengurangi persentase logam dengan massa. Logam yang ditemukan menjadi pendorong

utama dampak lingkungan dan toksisitas terutama yang ditemukan dalam sistem

pendingin pasif, sistem manajemen baterai, paket perumahan, dan casing yang

kontributor yang kuat untuk dampak . Oleh karena itu, mengurangi penggunaan logam

massa, dalam komponen ini harus mengurangi dampak siklus hidup keseluruhan sistem

baterai .

4. Tidak menerapkan proses pelarutan pada proses manufaktur baterai. Tanpa proses

pelarut, ditemukan bahwa memiliki penggunaan energi yang lebih rendah dan potensi

dampak lingkungan dan kesehatan yang lebih rendah.

5. Penilaian kembali proses manufaktur dan pemilihan bahan baku di produksi hulu untuk

mengurangi penggunaan energi primer pada katoda . Pilihan bahan aktif untuk katoda

dan proses pembuatan katoda sendiri memberikan kontribusi terhadap dampak yang

lebih tinggi. Oleh karena itu, produsen dapat mengurangi dampak dengan hati-hati

mempertimbangkan pilihan bahan aktif dan melakukan penilaian kembali pada proses

manufaktur mereka untuk keuntungan efisiensi energi .

sustainable manufactur

Documents

Transcript of sustainable manufactur