Second Life Batteries Faciliating Sustainable Transition in the Transport and Energy Sectors? : An Exploratory Field Study in Colombia

Abstract

The increasing number of vehicles in Colombian cities have resulted in alarmingly low quality of air, further resulting in increasing health issues. One potential solution to this issue could be a shift from ICEVs (internal combustion engine vehicles) to EVs (electric vehicles). However, EVs in Colombia are still very expensive, an issue that needs to be addressed in order for the EV market to increase enough to be able address the issue of low air quality in cities. One way of overcoming these cost barriers could be through implementation of a market for SLB (second life batteries), meaning that a battery retired from usage in EVs would be remanufactured, resold and reused in another application. Through SLB, the owner cost of EVs could potentially be decreased. SLB could also help improve the case for nondispatchable renewable energy sources by providing low cost BESS (battery energy storage solutions). Thus, SLB has the potential to facilitate sustainable transition within both the transport and the energy sector. This thesis aims to assess the potential of SLB in Colombia. This is done through a literature review where the current state of SLB is investigated, several interviews with potential stakeholders for a SLB market in Colombia, and a techno-economic assessment of four potential BESS applications in Colombia. The literature review provides with current knowledge and state of SLB in general. The interviews provide important insight to potential stakeholders’ view on SLB for the specific case of Colombia. The techno-economic assessment includes a sensitivity analysis aiming to provide insights in which factors, such as e.g. battery purchasing price or charging cost, that that gives rise to the largest impact on feasibility of SLB. Findings from the interviews shows a strong collective commitment from the interviewees to working towards cleaner air, resulting in high engagement and collaborative efforts between stakeholders for the SLB case. The main issue highlighted by stakeholders regards technoeconomic uncertainties of SLB. Findings from the techno-economic assessment indicates that SLB is viable for larger applications such as BESS at solar farms, but not for smaller applications such as backup power in residential buildings. However, SLB is not deemed to be a game changer for either application, and there are still many uncertainties regarding both technological and economic aspects that needs to be further investigated. The sensitivity analysis shows that the factors resulting in the highest impact on feasibility of SLB is battery SOH (state of health) at the beginning of SLB usage, and battery and repurposing cost. It will be hard to address both of these factors simultaneously due to a higher SOH would render higher battery prices, and vice versa. The findings from the thesis shows that SLB can facilitate sustainable transition within both the transport and energy sectors but is not to be considered a game changer for these sectors. However, even though SLB’s contribution to sustainable transition is not revolutionary, it is still necessary from a sustainability perspective. Given the environmental footprint of EV batteries and the amount of hazardous waste retired EV batteries will give rise to, circular economy must be pursued. Det ökande antalet fordon i colombianska städer har resulterat i oroväckande låg luftkvalitet, vilket ytterligare resulterat i ökande hälsoproblem. En potentiell lösning på det problemet kan vara en övergång från ICEVs (förbränningsmotorfordon) till EV (elfordon). EVs i Colombia är fortfarande väldigt dyra, en fråga som måste adresseras för att EV-marknaden ska kunna öka tillräckligt för att kunna ge en inverkan på problemet med låg luftkvalitet i städer. Ett sätt att övervinna dessa kostnadshinder skulle kunna vara genom att implementera en marknad för SLB (second life-batterier), vilket innebär att ett batteri som bedömts inte längre uppfylla kraven för användning i EVs, och därmed byts ut, skulle kunna byggas om, säljas vidare och återanvändas i andra applikationer. Genom SLB kan ägarkostnaderna för EVs potentiellt sänkas. SLB skulle också kunna användas för att tillhandahålla billigare BESS (batterilagringslösningar) hos icke-reglerbara förnyelsebara kraftverk, såsom solkraftverk. Således har SLB potentialen att underlätta för hållbara förändringar inom både transportsektorn och energisektorn. Den här uppsatsen ämnar att utvärdera SLBs potential i Colombia. Detta görs genom en litteraturöversikt där det nuvarande tillståndet av SLBs undersöks, flera intervjuer med potentiella intressenter för en SLB-marknad i Colombia, och en tekno-ekonomisk bedömning av fyra potentiella BESS-applikationer i Colombia. Litteraturöversikten samlar aktuell kunskap och status inom SLB i allmänhet. Intervjuerna ger viktig insikt om potentiella intressenters syn på SLB för det specifika fallet i Colombia. Den tekno-ekonomiska bedömningen inkluderar en känslighetsanalys som syftar till att ge insikter i vilka faktorer, som t.ex. batteriets inköpspris eller laddningskostnad, som ger upphov till den största effekten på SLBs genomförbarhet. Resultat från intervjuerna visar ett starkt kollektivt engagemang från de intervjuade att arbeta mot renare luft, vilket resulterar i högt engagemang och samarbete mellan intressenterna. Det största problemet med SLB från intressenternas synpunkt berör tekno-ekonomiska osäkerheter. Resultat från den tekno-ekonomiska bedömningen indikerar att SLB är ekonomiskt försvarbart för större applikationer som BESS vid solkraftverk, men inte för mindre applikationer som t.ex. för reservenergi i bostadshus. SLB anses dock inte vara ett genombrott för användning vid någon av applikationerna, och det finns fortfarande många osäkerheter när det gäller både tekniska och ekonomiska aspekter som måste undersökas ytterligare. Känslighetsanalysen visar att de faktorer som resulterar i den högsta påverkan på genomförbarheten av SLB är batteriets SOH (hälsotillstånd) i början av SLB-användning och kostnaden för batteri och ombyggnad av batterier. Det kommer dock att vara svårt att hantera båda dessa faktorer samtidigt på grund av att högre SOH skulle ge högre batteripriser, och vice versa. Resultaten från uppsatsen visar att SLB kan underlätta för hållbara förändringar inom både transport- och energisektorerna, men att det inte ska betraktas som något fantastiskt genombrott för dessa sektorer. Även fast SLBs bidrag till hållbara förändringar är inte revolutionerande, är det fortfarande en nödvändig faktor ur ett hållbarhetsperspektiv. Med tanke på miljöavtrycket för EV-batterier och mängden av farligt avfall som EV-batterier kommer att ge upphov till då de inte längre är önskvärda, måste cirkulär ekonomi bedrivas i största möjliga mån.

Original document

The different versions of the original document can be found in:

• http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-279508