Publicação
Avaliação do ciclo de vida da recuperação de black mass de baterias de iões de lítio em fim de vida
| datacite.subject.fos | Engenharia e Tecnologia::Engenharia Química | |
| datacite.subject.sdg | 09:Indústria, Inovação e Infraestruturas | |
| dc.contributor.advisor | Correia, Maria Manuela Barbosa | |
| dc.contributor.advisor | Mata, Teresa Margarida Correia de Poço | |
| dc.contributor.advisor | Martins, António Augusto Areosa | |
| dc.contributor.author | MARQUES, MARIA EDUARDA SAMPAIO FERNANDES SOUSA | |
| dc.date.accessioned | 2026-09-22T15:13:42Z | |
| dc.date.available | 2026-09-22T15:13:42Z | |
| dc.date.issued | 2026-07-27 | |
| dc.description.abstract | The growing adoption of Lithium-ion Batteries (LiBs) in electric vehicles, portable electronics, and energy storage systems has intensified concerns regarding the sustainable management of end-oflife batteries and the recovery of critical raw materials. In this context, recycling plays a key role in supporting resource security, reducing environmental impacts, and promoting circular economy strategies. This master’s thesis presents a Life Cycle Assessment (LCA) of black mass production from spent lithium-ion batteries at the Eneris B&R recycling facility (Żarki, Poland). The study focused on the mechanical pretreatment process and the generation of black mass, a secondary material rich in valuable metals such as lithium, cobalt, nickel, manganese, copper, and aluminum. The assessment was conducted using primary industrial data collected from the facility and complemented with background datasets from the Ecoinvent v3.12 database. The methodology followed the requirements established by ISO 14040 and ISO 14044 standards and was implemented using SimaPro software. The Environmental Footprint (EF 3.1) impact assessment method was applied to evaluate thirteen environmental impact categories. The functional unit was defined as the production of 1 kg of dry black mass, and the system boundary was limited to the gate-to-gate recycling operations, including collection and sorting, battery discharge, dismantling, shredding, evaporation and drying, and mechanical separation. The environmental assessment identified electricity consumption as the dominant environmental hotspot, representing the largest contribution across most impact categories, including climate change, freshwater ecotoxicity, fossil resource use, acidification, photochemical ozone formation, particulate matter formation, and human toxicity. Mechanical separation was identified as the most environmentally intensive stage, followed by shredding, and evaporation and drying. Together, these three operations accounted for approximately 80–90% of the environmental impacts across most categories. In addition to energy consumption, the treatment of electrolyte-derived streams was identified as a relevant secondary hotspot. Electrolyte losses, volatile organic compounds (VOCs) emissions, and condensed VOC streams contributed significantly to several impact categories, particularly climate change and freshwater ecotoxicity, highlighting the importance of effective electrolyte recovery and emission management systems. To evaluate potential improvement opportunities, a scenario analysis was performed comparing the existing Polish grid electricity mix with a photovoltaic (PV) electricity scenario. The results demonstrated substantial environmental improvements associated with renewable electricity use, including reductions of 91.0% in climate change impacts, 94.7% in freshwater eutrophication, 89.8% in acidification, and 89.3% in fossil resource use. However, the PV scenario resulted in higher impacts for mineral and metal resource use due to the material requirements associated with PV system manufacturing. Overall, the results demonstrate that the environmental performance of black mass production is primarily driven by energy-related inputs. Consequently, improvements in energy efficiency, optimization of compressed-air systems, enhanced electrolyte recovery, and the integration of renewable electricity sources represent the most promising strategies for reducing the environmental impacts of lithium-ion battery recycling. Furthermore, the study contributes to the development of environmental datasets for battery recycling processes and supports the implementation of sustainability reporting frameworks such as the Digital Battery Passport and broader European circular economy initiatives. | eng |
| dc.description.abstract | A crescente utilização de baterias de iões de lítio em veículos elétricos, dispositivos eletrónicos portáteis e sistemas de armazenamento de energia tem aumentado a preocupação com a gestão sustentável das baterias em fim de vida e com a recuperação de matérias-primas críticas. Neste contexto, a reciclagem assume um papel fundamental na garantia da segurança do abastecimento de recursos, na redução dos impactes ambientais e na promoção dos princípios da economia circular. O presente trabalho apresenta uma Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) da produção de black mass a partir de baterias de iões de lítio usadas, tendo como caso de estudo a instalação de reciclagem da Eneris B&R, localizada em Żarki, Polónia. O estudo incidiu sobre o processo de pré-tratamento mecânico e produção de black mass, um material secundário rico em metais valiosos como lítio, cobalto, níquel, manganês, cobre e alumínio. A avaliação foi efetuada com base em dados primários industriais fornecidos pela instalação e complementada com dados secundários da base de dados Ecoinvent v3.12. A metodologia seguida respeitou os requisitos das normas ISO 14040 e ISO 14044 e foi implementada através do software SimaPro. Para a avaliação dos impactes ambientais foi utilizada a metodologia Environmental Footprint (EF 3.1), abrangendo treze categorias de impacte. A unidade funcional foi definida como a produção de 1 kg de black mass seca e as fronteiras do sistema foram estabelecidas segundo uma abordagem gate-to-gate, incluindo as etapas de receção e triagem, descarga das baterias, desmontagem, trituração, evaporação e secagem, e separação mecânica. A avaliação ambiental identificou o consumo de eletricidade como o principal hotspot ambiental do processo, representando a maior contribuição para a maioria das categorias de impacte, incluindo alterações climáticas, ecotoxicidade aquática de água doce, utilização de recursos fósseis, acidificação, formação de ozono fotoquímico, formação de partículas e toxicidade humana. A separação mecânica foi identificada como a etapa ambientalmente mais intensiva, seguida pela trituração e pela evaporação e secagem. Em conjunto, estas três operações foram responsáveis por aproximadamente 80–90% dos impactes ambientais na maioria das categorias avaliadas. Além dos consumos energéticos, a gestão dos fluxos provenientes do eletrólito foi identificada como um hotspot ambiental secundário relevante. As perdas de eletrólito, as emissões de compostos orgânicos voláteis (VOCs) e as correntes condensadas de VOCs contribuíram significativamente para diversas categorias de impacte, em particular para as alterações climáticas e a ecotoxicidade aquática de água doce, evidenciando a importância de sistemas eficientes de recuperação do eletrólito e de controlo de emissões. Com o objetivo de avaliar oportunidades de melhoria, foi realizada uma análise de cenários comparando o mix elétrico polaco atualmente utilizado com um cenário alternativo baseado em eletricidade fotovoltaica. Os resultados demonstraram melhorias ambientais substanciais associadas à utilização de eletricidade renovável, incluindo reduções de 91,0% nas alterações climáticas, 94,7% na eutrofização de água doce, 89,8% na acidificação e 89,3% na utilização de recursos fósseis. No entanto, o cenário fotovoltaico apresentou um aumento dos impactes na categoria de utilização de recursos minerais e metálicos, refletindo os requisitos materiais associados ao fabrico dos sistemas fotovoltaicos. De uma forma global, os resultados demonstram que o desempenho ambiental da produção de black mass é predominantemente determinado pelos consumos energéticos do processo. Consequentemente, o aumento da eficiência energética, a otimização dos sistemas de ar comprimido, a melhoria da recuperação do eletrólito e a integração de fontes de eletricidade renovável constituem as estratégias mais promissoras para reduzir os impactes ambientais da reciclagem de baterias de iões de lítio. Adicionalmente, este trabalho contribui para o desenvolvimento de dados ambientais associados aos processos de reciclagem de baterias e para a implementação de instrumentos de reporte de sustentabilidade, como o Passaporte Digital da Bateria, apoiando simultaneamente os objetivos da economia circular e da transição sustentável na União Europeia. | por |
| dc.description.sponsorship | This research was carried out within the framework of the HETMOLION project – Processing Waste Battery Scrap into High Entropy Transition Metal Oxides for Next-Generation Li-Ion Batteries (ERAMIN3/ 0004/2023), funded by the ERA-NET Cofund on Raw Materials (ERA-MIN3) under the Horizon 2020 programme. The author acknowledges all project partners for their collaboration.Dr. Teresa Margarida Correia de Poço Mata, main supervisor of this dissertation, is a Principal Investigator at INEGI – Institute of Science and Innovation in Mechanical and Industrial Engineering and an integrated member of LAETA – Associated Laboratory for Energy, Transports and Aeronautics. This laboratory is funded by national funds through FCT/MCTES (PIDDAC), under project UIDB/50022/2020 (DOI: 10.54499/UID/50022/2025). Dr. António Augusto Areosa Martins, co-supervisor of this dissertation, is a researcher at the School of Biotechnology of the Universidade Católica Portuguesa (UCP–ESB) and an integrated member of CBQF – Centre for Biotechnology and Fine Chemistry. This unit is funded by national funds through FCT/MCTES (PIDDAC), under projects UID/50016/2025 and LA/P/0076/2020 (DOI: 10.54499/LA/P/0076/2020). Dr. António Martins also acknowledges funding from FCT, I.P., and from the Portuguese Recovery and Resilience Plan (PRR), through the Recover Portugal Task Force, under contract reference 2023.15056.TENURE.038. Dr. Manuela Correia, co-supervisor of this dissertation, is an integrated member of the Associated Laboratory for Green Chemistry of the Network of Chemistry and Technology (LAQV-REQUIMTE) funded by national funds through FCT/MCTES (PIDDAC) under project UID/50006/2025 (DOI 10.54499/UID/50006/2025). | |
| dc.identifier.tid | 204361877 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.22/32813 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.relation | Associate Laboratory of Energy, Transports and Aeronautics | |
| dc.relation | Associated Laboratory for Green Chemistry - Clean Technologies and Processes | |
| dc.rights.uri | N/A | |
| dc.subject | Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) | |
| dc.subject | Baterias de iões de lítio | |
| dc.subject | Black mass | |
| dc.subject | Reciclagem de baterias | |
| dc.subject | Matérias-primas críticas | |
| dc.subject | Pegada ambiental | |
| dc.subject | Economia circular | |
| dc.subject | Eletricidade renovável | |
| dc.subject | Life Cycle Assessment (LCA) | |
| dc.subject | Lithium-ion batteries | |
| dc.subject | Black mass | |
| dc.subject | Battery recycling | |
| dc.subject | Critical raw materials | |
| dc.subject | Environmental footprint | |
| dc.subject | Circular economy | |
| dc.subject | Renewable electricity | |
| dc.title | Avaliação do ciclo de vida da recuperação de black mass de baterias de iões de lítio em fim de vida | por |
| dc.title.alternative | Life cycle assessment of black mass recovery from spent lithium-ion batteries | eng |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| oaire.awardNumber | UIDB/50022/2020 | |
| oaire.awardNumber | UID/QUI/50006/2019 | |
| oaire.awardTitle | Associate Laboratory of Energy, Transports and Aeronautics | |
| oaire.awardTitle | Associated Laboratory for Green Chemistry - Clean Technologies and Processes | |
| oaire.awardURI | info:eu-repo/grantAgreement/FCT/6817 - DCRRNI ID/UIDB%2F50022%2F2020/PT | |
| oaire.awardURI | info:eu-repo/grantAgreement/FCT/6817 - DCRRNI ID/UID%2FQUI%2F50006%2F2019/PT | |
| oaire.fundingStream | 6817 - DCRRNI ID | |
| oaire.fundingStream | 6817 - DCRRNI ID | |
| project.funder.identifier | http://doi.org/10.13039/501100001871 | |
| project.funder.identifier | http://doi.org/10.13039/501100001871 | |
| project.funder.name | Fundação para a Ciência e a Tecnologia | |
| project.funder.name | Fundação para a Ciência e a Tecnologia | |
| relation.isProjectOfPublication | 80741b9a-280d-4972-b352-8d1375fbfb3b | |
| relation.isProjectOfPublication | f943d798-b7fe-4c3c-87a7-46b3e5ac86be | |
| relation.isProjectOfPublication.latestForDiscovery | 80741b9a-280d-4972-b352-8d1375fbfb3b | |
| thesis.degree.name | Mestrado em Engenharia Química |