The world experiences a need for considerable optimization of energy consumption along with the need to reduce greenhouse gas (GHG) emissions. To achieve this, the European Union (EU) has set different goals and policies that need to be met by 2030, and each country needs to set their own national targets.

While Sweden’s transportation sector is crucial to the country’s economy, it is also the primary contributor to CO2 emissions. Therefore, the Swedish government has introduced incentives to the migration to eco-friendly vehicles to increase electrification in the country, escalating the need for batteries.

Battery production is highly energy intensive with the drying process consuming almost 40% of the total energy demand. This is primarily due to the use of electric heaters, which nearly convert almost 100% of the electricity into heat. High Temperature Heat Pumps (HTHP) emerge as a promising solution especially by utilizing waste heat to achieve the required temperature in the dryers, which ranges from 100⁰C to 140⁰C.

This study investigates the techno economic feasibility of utilizing HTHP in the drying stage of battery production. This is done by exploring the best waste heat sources to integrate the HTHP into the drying stage for both anode and cathode processes. In addition, this paper analyzes different refrigerants available in the market and their functionality for this case, as well as which HTHP cycle configuration is the most appropriate in terms of performance.

The research demonstrates that cascade cycles with internal heat exchangers (IHX) outperformed single stage cycles with IHX, offering higher efficiency and better management of temperature differentials. Refrigerants such as R718 (Water) and R601 (n-pentane) delivered higher energy efficiency but presented challenges like high pressure ratio and flammability risks.

A comparison between the anode and cathode lines revealed that while both benefited from the integration of HTHP, the anode line performed more efficiently due to its simpler heating requirements and a more straightforward integration process. The cathode line posed more technical challenges, particularly in achieving the necessary temperature lift, resulting in a slightly longer payback period.

This work highlights the importance of exploring the use of High Temperature Heat Pumps to increase energy efficiency in energy intensive facilities, in this case, battery manufacturing. By assessing multiple scenarios and technical parameters, decision-makers can make informed choices that align with the European Union’s objectives of optimizing energy consumption and reducing greenhouse gas emissions. This responsible approach paves the way for a more sustainable future.

Världen upplever ett behov av betydande optimering av energiförbrukningen tillsammans med behovet av att minska utsläppen av växthusgaser (GHG). För att uppnå detta har Europeiska unionen (EU) satt upp olika mål och policyer som måste uppfyllas till 2030, och varje land måste sätta upp sina egna nationella mål.

Samtidigt som Sveriges transportsektor är avgörande för landets ekonomi, är den också den främsta bidragsgivaren till CO2-utsläpp. Därför har den svenska regeringen infört incitament för migrationen till miljövänliga fordon för att öka elektrifieringen i landet, vilket eskalerar behovet av batterier.

Batteriproduktionen är mycket energikrävande och torkningsprocessen förbrukar nästan 40 % av det totala energibehovet. Detta beror främst på användningen av elektriska värmare, som nästan omvandlar nästan 100 % av elen till värme. Högtemperaturvärmepumpar (HTHP) framstår som en lovande lösning, särskilt genom att använda spillvärme för att uppnå den erforderliga temperaturen i torktumlarna, som sträcker sig från 100⁰C till 140⁰C.

Denna studie undersöker den tekniska ekonomiska genomförbarheten av att använda HTHP i batteriproduktionens torkningsskede. Detta görs genom att utforska de bästa spillvärmekällorna för att integrera HTHP i torkningssteget för både anod- och katodprocesser. Dessutom analyserar detta dokument olika köldmedier som finns tillgängliga på marknaden och deras funktionalitet för detta fall, samt vilken HTHP-cykelkonfiguration som är mest lämplig när det gäller prestanda.

Forskningen visar att kaskadcykler med interna värmeväxlare (IHX) överträffade enstegscykler med IHX, vilket erbjuder högre effektivitet och bättre hantering av temperaturskillnader. Köldmedier som R718 (vatten) och R601 (n-pentan) gav högre energieffektivitet men medför utmaningar som högt tryckförhållande och brandfarlighetsrisker.

En jämförelse mellan anod- och katodlinjerna visade att medan båda gynnades av integreringen av HTHP, presterade anodlinjen mer effektivt på grund av dess enklare uppvärmningskrav och en mer okomplicerad integrationsprocess. Katodlinjen innebar mer tekniska utmaningar, särskilt för att uppnå den nödvändiga temperaturhöjningen, vilket resulterade i en något längre återbetalningstid.

Denna studie visar vikten av att utforska användningen av högtemperaturvärmepumpar för att öka energieffektiviteten i energiintensiva anläggningar, i det här fallet batteritillverkning. Genom att bedöma flera scenarier och tekniska parametrar kan beslutsfattare göra välgrundade val som ligger i linje med Europeiska unionens mål att optimera energiförbrukningen och minska utsläppen av växthusgaser. Detta ansvarsfulla förhållningssätt banar väg för en mer hållbar framtid.