Ny rapport belyser avancerade material (AdMa) och deras kemikalierisker i energiomställningen och cirkulära ekonomin

19 december 2025, 06:15

Klimatkrisen kräver globala insatser på många områden, och denna rapport undersöker den tekniska aspekten av hur avancerade material (AdMa) används eller forskas kring inom energiomställningens olika tekniker. AdMa definieras som material som är rationellt utformade för att ha nya eller förbättrade egenskaper, eller riktade/förbättrade strukturella särdrag. Dessa material används inom alla sektorer som rör energiomställningen, inklusive energigenerering, energiinbesparing och energilagring/transport.

AdMa har en stor potential att leverera högsta möjliga effektivitetsnivåer, bästa värmeisolering och enorm ledningsförmåga, ofta genom synergieffekter när flera material kombineras. Rapporten bekräftar att AdMa är avgörande för att uppnå klimatmålen.

Den specifika frågeställningen i rapporten rör dock målkonflikten: Utvecklingen av ny teknik för energiomställningen välkomnas, men användningen av AdMa kan samtidigt medföra nya utmaningar för kemikaliesäkerheten, hållbarheten och den cirkulära ekonomin. För att belysa denna konflikt valdes tio särskilt relevanta AdMa ut för en närmare analys, baserat på deras potential till kommersialisering, förekomsten av problematiska egenskaper (som höga risker, energiintensiv tillverkning och dålig återvinningsbarhet) samt deras potential att ersätta skadliga ämnen eller kritiska råvaror (utifrån SSbD-kriterier).

De tio material som analyserades i detalj var perovskiter, kvantprickar (Quantum Dots, QD), CIGS, aerogeler, Iridiumoxid, MOFs, Hard Carbon (HC), MXenes, Graphen (och GR2M) och CNTs (Carbon Nanotubes).

Kemikaliesäkerhet och toxicitet: Den dolda kostnaden för effektivitet
Rapporten betonar att information om AdMa:s potentiella konsekvenser för människors hälsa och miljö fortfarande är bristfällig i vissa fall. Många AdMa kräver antingen användning av kända skadliga ämnen, kritiska råvaror eller medför nya risker kopplade till deras fysikaliska egenskaper.

Material inom energigenerering (Solceller)

Flera av de material som används för att öka solcellers effektivitet, såsom perovskiter, kvantprickar (QD) och CIGS, är förknippade med betydande materialrisker främst från farliga metaller.

• Perovskiter: Det största problemet med perovskiter är toxiciteten hos det bly som används i materialet. Forskning pågår för att ersätta bly med tenn, germanium, antimon eller vismut. Dock noteras att både germanium och antimonföreningar också uppvisar toxiska egenskaper och klassificeras som kritiska råvaror i EU.

• Kvantprickar (QD): Dessa nanostora halvledare kan innehålla ämnen som bly, kadmium eller cesium, vilka är cytotoxiska eller cancerframkallande och kan ackumuleras i växter. Föreningar av indium, arsenik och gallium visar också toxiska egenskaper.

• CIGS: Dessa tunnfilmssolceller innehåller indium, koppar och gallium. Gallium och koppar är klassificerade som kritiska eller strategiska råvaror i EU.

Material för energibesparing

• Aerogeler: Dessa material, som används för termisk isolering, är högporösa och har låg värmeledningsförmåga. De är i sig lätt återvinningsbara. Emellertid sker tillverkningen av aerogeler via den så kallade sol-gel-processen, där gelen torkas under extrema förhållanden, vilket är mycket energiintensivt. 95 % av aerogelers miljöpåverkan orsakas av råvarorna, särskilt klor-baserade torkningsprocesser. Den fibrösa strukturen kan potentiellt leda till inflammation och är misstänkt cancerogent.

Material inom energilagring och transport

Flera AdMa som är avgörande för lagringstekniker, såsom Iridiumoxid och MOFs, kan medföra allvarliga process- och råvarurisker.

• Iridiumoxid (IrO2): Används i bränsleceller för vätgasproduktion. IrO2 kan orsaka allvarliga ögonskador och hudirritation. Dessutom klassificeras det som en kritisk råvara eftersom det saknas alternativ på grund av dess stabilitet i syror. Tillgången begränsas av en låg produktionsvolym (max 7–8 ton per år globalt).

• MOFs (Metal Organic Frameworks): Mikroporösa fasta ämnen som har en svampliknande struktur för gaslagring. Syntesen är energikrävande och kombinerar miljöriskerna från organisk kemi, som en stor användning av problematiska lösningsmedel, med farorna från oorganisk kemi, såsom farliga metalljoner.

• Hard Carbon (HC): HC är det mest lovande anodmaterialet för natriumjonbatterier (SIBs). Dess tillverkning kräver dock sintring vid höga temperaturer (över 1000°C), vilket gör processen energiintensiv.

• MXenes: Dessa 2D-material har hög konduktivitet men deras toxicitet för människor och miljö är ännu inte fullständigt utredd. Tillverkningsprocessen involverar ofta sur etsning med koncentrerad HF eller HCl.

• CNTs (Carbon Nanotubes): CNTs, tillsammans med Graphen, klassificeras som irriterande och kan orsaka hälsorisker, särskilt för respiratoriska organ. Vissa styva CNTs faller under den så kallade "fiberproblematiken" och misstänks vara cancerframkallande.

Återvinning och hållbarhet: Utmaningar för den cirkulära ekonomin
Utöver den inneboende toxiciteten utgör AdMa betydande utmaningar för den cirkulära ekonomin, både på grund av de komplexa syntesprocesserna och hanteringen vid slutet av livscykeln.

Återvinning och livslängd

• Inkapsling för skydd: Eftersom AdMa-baserade solceller (som perovskiter) ofta är känsliga för fukt och värme, och dessutom innehåller farliga ämnen, används inkapsling för att skydda materialet under användningsfasen. Denna inkapsling, som skyddar miljön under driften, skapar i sin tur ökade utmaningar för en meningsfull återvinning. Dessutom har perovskitceller en kortare livslängd jämfört med konventionella kiselceller.

• Kompositmaterial och CNTs: När CNTs används i kompositmaterial (till exempel i vindkraftsblad) är de ofta svåra att separera oskadade vid återvinning. Mekanisk bearbetning av sådana kompositmaterial kan producera ledande damm, vilket kan skada elektriska maskiner och utrustning.

AdMa har potential att uppnå stora framsteg inom energiomställningen. De visar särskilt potential genom höga verkningsgrader, god isolering och möjligheten till synergieffekter i kombination. Rapporten betonar dock att det parallellt med materialinnovationen är nödvändigt att hantera de risker och utmaningar som rör kemikaliesäkerhet, hållbarhet och cirkuläritet. Det krävs mer detaljerade studier för att förbättra kunskapsbasen och möjliggöra förbättringar i säkerhet och hållbarhet för AdMa-applikationer.

Ett sätt att adressera utmaningen är med hjälp av Safe-and-sustainable by Design för att hantera både kemikaliesäkerhet, hållbarhet och resursanvändning i innovation från början