Syytä optimismiin - sähköautojen akkujen tulevaisuus on vasta alussa

Blogit
Marko Paakkinen
electric car

Sähköautojen myötä myös akkujen kysyntä kasvaa kovaa vauhtia, mikä herättää kysymyksiä akkujen ympäristövaikutuksista ja materiaalien riittävyydestä. Tulevaisuuden suhteen on kuitenkin syytä optimismiin. Akkujen kehitys on vasta kiihtymässä, ja jo kuluva vuosikymmen tulee tuomaan useita ratkaisuja tulevaisuuden haasteisiin.

Akkuja on käytetty jo pitkään kannettavissa laitteissa, kuten matkapuhelimissa, tietokoneissa ja työkaluissa, mutta viimeisen vuosikymmenen aikana käynnistynyt sähköautobuumi ja akkujen hyödyntäminen sähköverkon energiavarastoina on nostanut ennusteita akkujen tuotantomääristä roimasti. Sähköiset henkilöautot tulevat olemaan liikenteessä suurin akkujen käyttäjä - IEA:n ennusteen mukaan vuoteen 2030 mennessä niiden osuus tieliikenteen tarvitsemasta akkukapasiteetista on 89%, ja henkilöautojen tarvitsema akkukapasiteetti on IEA:n mukaan hallitsevassa roolissa myös koko globaalia akkujen kysyntää tarkasteltaessa. Sähköautot ovat siis keskeisessä roolissa akkumarkkinoiden kehityksen suhteen.
 
Kova kysyntä on nostanut esiin myös huolia akkujen tulevaisuuden suhteen - riittävätkö mineraalit, miten kestävästi akkuja tuotetaan, mitkä ovat akkujen elinkaaripäästöt ja miten akkuja pystytään kierrättämään. Epäkohtia on tärkeää nostaa esille, jotta asioita voidaan kehittää, mutta välillä olen törmännyt siihen, miten tiettyjä väitteitä käytetään lyömäaseena sähköistä liikennettä vastaan. Tähän ei ole kuitenkaan perusteita. Euroopan komission juuri julkistaman erittäin laajan selvityksen mukaan akkusähköajoneuvojen ympäristövaikutukset ovat jo tänä päivänä merkittävästi pienempiä verrattuna muihin tieliikenteen käyttövoimiin lähes kaikissa vertailukategorioissa, ja niiden vaikutukset pienenevät huomattavasti jo kuluvan vuosikymmenen aikana. Omasta mielestäni akkujen ja sähköajoneuvojen suhteen on siis syytä optimismiin, sillä akkujen kehitys on vasta hyvässä alussa. 

Mutta entä akkujen elinkaaripäästöt?

Väite, että ”sähköauton valmistuspäästöt vastaavat 9 vuoden ajamista dieselautolla”, on levinnyt tehokkaasti. Muutenkin törmään usein ennakkoluuloon, ettei sähköauto olisi sen ekologisempi kuin esimerkiksi bensiini- tai dieselauto.

Tämän hetken haarukka akkujen valmistuksen aiheuttamista kasvihuonekaasupäästöistä on noin 60 - 100 kg/kWh, riippuen lähteestä ja oletuksista (esimerkiksi em. komission raportti, IVL, Tesla). Se tarkoittaa, että esimerkiksi 60 kWh akulla varustetun sähköauton akun valmistus tuottaa noin 3 600 - 6 000 kg kasvihuonekaasupäästöt. Mitä se sitten tarkoittaa? Se vastaa enimmillään noin 30 000 km ajamista bensiiniautolla. Aika paljon vähemmän kuin tuossa väitteessä.

Sähköauton elinkaaren päästöihin vaikuttavat merkittävästi akun lataukseen käytetyn sähkön tuotannon päästöt. Mikäli autoa ladataan vähäpäästöisellä sähköllä, ovat ajamisen päästöt erittäin pienet, ja elinkaaripäästöt painottuvat akun ja ajoneuvon valmistuksen päästöihin. Mikäli taas sähköntuotannon päästöt ovat suuret, voi sähköauto olla elinkaaripäästöiltään pahimmillaan tasoissa fossiilisilla polttoaineilla kulkevan auton kanssa, kuten esimerkiksi edellä mainitusta Euroopan komission julkaisemasta elinkaarianalyysistä selviää.

Sekä Ilmastopaneelin laatiman Autokalkulaattorin, että edellä mainitun komission selvityksen mukaan Suomen keskimääräisellä sähköllä ajettaessa, sähköauton elinkaaren aikainen ilmastoa lämmittävä vaikutus on vain noin kolmasosa vastaavan bensiinikäyttöisen auton vaikutuksesta. Mikäli käytetään esimerkiksi tuulisähköä, putoaa vaikutus neljäsosaan. Sähköautoilla on siis merkittävä potentiaali, huomioiden myös valmistuksen päästöt, vähentää liikenteen hiilidioksidipäästöjä.

Akkujen elinkaaripäästöihin vaikuttaa myös niiden käyttöaika. Hyvin lähiaikoina ovat jo tuloillaan ”miljoonan mailin” akut, joita ovat ilmoittaneet lähiaikoina tuovansa markkinoille ainakin Tesla, GM ja CATL. Pidempi elinkaari mahdollistaa akkujen hyödyntämisen esimerkiksi sähköverkkojen tukemisessa (Vehicle-to-Grid, V2G) tai akkujen uudelleenkäytössä sen jälkeen, kun ne poistuvat autokäytöstä. Tämä taas pienentää entisestään akkujen hiilijalanjälkeä ja ympäristövaikutuksia.

Päästövähennyspotentiaali kasvaa jatkuvasti sekä akku- että autovalmistuksen muuttuessa koko ajan vähähiilisemmäksi. Autovalmistajat ovat asettaneet itse itselleen erilaisia hiilineutraalisuustavoitteita. Esimerkiksi Volkswagen ja Daimler ovat julkaisseet suunnitelmansa myös akkujen valmistuksen hiilineutraaliudesta. Autojen kokoonpanotehtaat ovatkin helpohkoja muuttaa käyttämään uusiutuvaa energiaa, samoin akkukenno- ja akkukemikaalitehtaat. Suomella olisikin hyviä mahdollisuuksia tässä kohtaa arvoketjua, koska meillä sähköntuotanto on jo verrattain pienipäästöistä.

Seuraavana haasteena on akkumineraalien tuotanto, koska ilman sen puhdistamista ei pystytä pääsemään juurikaan alle 60 gCO2eq/kWh rajan. Kaivosteollisuuden onkin alettava siirtymään ympäristöystävällisempiin louhinta- ja jalostusprosesseihin, sekä vähähiilisempään tuotantoon. Kaivosteollisuudessa sähköisillä työkoneilla on paljon potentiaalia hiilijalanjäljen ja tuotantokustannusten pienentämiseen.

”Kohta tulee superakku” - hyviä ratkaisuja on jo nyt markkinoilla

Lähes viikoittain julkaistaan uutisia uusista akkuihin liittyvistä keksinnöistä, jotka tulevat ratkaisemaan kaikki nykyakkujen ongelmat, olipa kyseessä sitten akkujen paino, koko, energiatiheys tai hinta. Joskus näitä superakkujen julkaisuja käytetään perusteena sille, miksi vielä ei kannattaisi siirtyä sähköiseen liikenteeseen - kohtahan tulee tämä uusi keksintö, joka kuitenkin mullistaa kaiken. Viimeisimpänä hyvänä esimerkkinä toimii äskettäin julkaistu nanotimanttiakku, joka lupaa paljon, mutta jonka toimivuus on todistettu vasta konseptitasolla. Siitä on vielä pitkä matka siihen, että kyseinen akku liikuttaa ajoneuvoa.

Nykyakut ovatkin jo nyt sellaisella tasolla, että niillä pystytään täyttämään merkittävä osa nykyisten käyttötapausten tarpeista. On edelleen sovelluksia, kuten pitkän matkan rahti tai kaukolennot, missä akut eivät ole optimaalisin tai toimiva vaihtoehto, ja niitä varten tarvitsemmekin vielä muita vaihtoehtoja. Ei olekaan syytä jäädä odottelemaan nurkan takana odottavaa akkukeksintöä tai muuta ”kohta” valmista teknologiaa, vaan meidän täytyy ottaa käyttöön jo nyt kaikki hyödynnettävissä olevat parhaat teknologiat niissä sovelluskohteissa, mihin ne nykyisin jo sopivat, mikäli haluamme saavuttaa ilmastotavoitteemme.

Entäs kaivosteollisuuden ympäristö- ja eettiset ongelmat?

Usein esille nostettu argumentti litiumioniakkuihin liittyen on kaivosteollisuuden, etenkin litiumin ja koboltin tuotannon kestävyys. On totta, että Chilen suola-aavikoilla litiumia tuotetaan pohjaveden avulla, joka kuluttaa muutenkin erittäin kuivilla alueilla tarvittavaa vettä. On myös totta, että Kongossa on paljon artesaanikaivoksia, missä työskentelyolosuhteet ovat heikot, ja missä on esiintynyt myös lapsityövoiman käyttöä. Näihin, ja muihin mineraalien hankinnan epäkohtiin onkin syytä puuttua, vaikka samalla täytyy muistaa, että akkumineraaleja tuotetaan muuallakin kuin mainituissa paikoissa, eikä kaikki litium ja koboltti mene pelkästään akkuihin. 

Tulevaisuudessa tarvitaan vielä avoimempaa dataa ja parempaa jäljitettävyyttä koko akkujen arvoketjuun, jotta akkujen valmistuksessa tarvittavien mineraalien elinkaaripäästöjä ja eettistä tuotantoa voidaan paremmin arvioida ja valvoa. Euroopan komissio onkin laatimassa vuoden 2020 loppupuolella lainsäädäntöä, jonka avulla voitaisiin turvata kestävä ja vastuullinen akkujen tuotanto Euroopan tarvitsemille akuille, huomioiden niin akkujen valmistuksen vaikutukset ympäristöön, kuin vastuullisen mineraalien hankinnan. Globaalisti kestäviä hankintaketjuja kehitetään lisäksi mm. Global Battery Alliance:n toimesta, esimerkiksi ”akkupassin” muodossa. Myös teollisuus on lähtenyt muodostamaan omia aloitteitaan kestäville hankintaketjuille.

Euroopan komission yhteinen tutkimuskeskus JRC on hiljattain julkaissut ensimmäisen laajan raportin, missä pureudutaan akkujen toimitusketjujen haasteisiin ja arvioidaan aloitteita, millä niitä on pyritty ratkaisemaan. Raportin pohjalta vaikuttaa, että jo nykyisillä toimenpiteillä on melko tehokkaasti pystytty vastaamaan suurimpiin haasteisiin. Toivoa siis on, että epäkohtia pystytään jatkossa korjaamaan.

Riskimineraalit, kuten koboltti, ovat haasteita akku- ja autovalmistajille, ja valmistajilla onkin pyrkimyksiä vähentää riippuvuuttaan esimerkiksi mainitusta koboltista. Jo tällä hetkellä on olemassa täysin koboltittomia akkuja, kuten litiumrautafosfaatti (LFP) ja litiummangaanioksidi (LMO). LFP-akkujen osalta on nähty viime aikoina uutta nousua, kun esimerkiksi Tesla on alkanut hankkimaan niitä Kiinan tehtaalla valmistamaansa Model 3:a varten. Myös ns. ”cell-to-pack”-teknologia, missä akkukennoja pakataan uudella tavalla akkupaketiksi, parantaa LFP-kemian hyödynnettävyyttä nostamalla sen energiatiheyttä.

Sähköautoissa yleisen nikkeli-mangaani-koboltti (NMC) -kemian kohdalla valmistajien pyrkimyksenä on jatkuvasti pienentää akkuun tarvittavan koboltin osuutta. Nykyisin tuotannossa on NMC811-kemia, joka tarkoittaa, että koboltin osuus katodista on 10%. Yksi akkukemia ei yksinään pysty tänä päivänä täyttämään kaikkien eri sovellusten vaatimuksia, joten nykyiset koboltittomat kemiat eivät voi suoraan korvata kaikkia kobolttia sisältäviä kemioita. Koboltin kysyntä tuleekin tulevaisuudessa silti kasvamaan sen osuuden pienenemisestä huolimatta, tuotantomäärien kasvaessa voimakkaasti. Koboltin osalta onkin syytä panostaa kestäviin hankintaketjuihin.

Litiumin tulevaisuuden kannalta lupaavilta vaikuttavat projektit, missä litiumia otetaan suoraan talteen erilaisista suoloista, esimerkiksi saksalainen Vulcan-projekti, joka hyödyntää geotermisiä kaivoja, ja joka pyrkii täysin hiilineutraaliin litiumin tuotantoon, tai amerikkalaisen Standard Lithium:n uusi talteenottoprosessi, joka pyrkii syrjäyttämään esimerkiksi Chilen suola-aavikoilla käytettävän, vettä kuluttavan haihdutuksen.

Riittävätkö mineraalit tarvittaviin akkuihin?

Akkukehitys on itsessään vasta pääsemässä kunnolla vauhtiin. Tämän vuosikymmenen aikana on odotettavissa selkeitä parannuksia nykyisten akkukemioiden kestoikään, kuten edellä mainitut miljoonan mailin akut ja tulossa olevat kiinteän elektrolyytin akut, mutta tulossa on myös uusia akkukemioita, kuten litium-ilma-, litium-metalli-, litium-rikki- ja natriumakut, joissa kaikissa käytettävät materiaalit ovat halvempia ja helpommin saatavilla kuin nykyisin. Tämä vähentää tulevaisuudessa riskejä materiaalien loppumisen ja mineraalien hankkimisen eettisyyden suhteen.

Kaikissa akuissa tarvitaan kuitenkin myös perusmetalleja, kuten kuparia ja alumiinia. Kuparin riittävyys onkin nostettu esille esimerkiksi aiemmin mainitussa Euroopan komission käyttövoimien elinkaariselvityksessä yhtenä osa-alueena, missä on tarvetta lisätoimenpiteille.

Kierrätyksestä liiketoimintaa

Litiumioniakkujen kierrätys on Kiinassa ja Etelä-Koreassa jo liiketoimintaa, ja suuri osa nykyisistä akuista kulkeutuukin Kiinaan raaka-aineeksi kierrätystehtaille. Ruotsin energiaviraston tilaamassa raportissa arvioidaan, että 70% globaalista litiumioniakkujen kierrätyksestä tapahtuu nykyään Kiinassa ja Etelä-Koreassa. Euroopalla onkin haastetta saada pidettyä nämä materiaalit jatkossa kierrossa Euroopan sisällä.

Myös Euroopan akkukierrätys on pikkuhiljaa lähdössä liikkeelle. Esimerkiksi Suomessa Fortum osti Crisolteq:n kierrätysliiketoiminnan, ja Ruotsissa Northvolt on myös pystyttämässä jo omaa kierrätyslaitostaan oman akkutehtaansa yhteyteen. Kunhan akkuja alkaa palautua sähköautoista ja energiavarastoista suuremmissa määrin kierrätykseen, tulee tästä myös tärkeä materiaalilähde uusien akkujen valmistukseen.

Akkumineraaleissa onkin yksi verraton ominaisuus verrattuna fossiilisiin polttoaineisiin - ne voidaan kierrättää. Akussa olevat materiaalit eivät häviä käytössä mihinkään, vaan ne voidaan akun käyttöiän tultua loppuun erotella ja käyttää uudelleen uusien akkujen valmistukseen. Fossiilinen öljy on puolestaan kertakäyttötuote, mikäli se poltetaan energiaksi. Hiilen kierrättäminen ilmakehän kautta on huomattavasti hankalampaa, kalliimpaa ja ennen kaikkea hitaampaa kuin akkumineraalien kierrätys.

Akkuja tarvitaan ilmastotavoitteiden saavuttamiseksi

Jotta Suomi ja Eurooppa pystyisivät pääsemään asettamiinsa päästövähennystavoitteisiin, me tulemme tarvitsemaan akkuja. Jo nykyakuilla pystymme merkittävästi vähentämään esimerkiksi liikenteen hiilidioksidipäästöjä. Akut ovatkin paitsi välttämätön komponentti ilmastonmuutoksen vastaisessa taistelussa, myös Suomelle mahdollisuus teollisuuden uudistumiseen ja uusien vientituotteiden syntymiseen. Tätä onkin jo tapahtunut esimerkiksi lataustoimialalla. Tilaisuuden hyödyntäminen vaatisi kuitenkin kotimarkkinoille vielä lisää kysyntää ja vauhtia, ja nyt tarvittaisiinkin rohkeutta tehdä investointeja puhtaampaan tulevaisuuteen.

Globaalisti akkualalle suuntautuneet investoinnit ovat saaneet akkujen teknologisen kehityksen hyvään vauhtiin, ja vuosikymmenen sisällä tulemme näkemään paljon uusia innovaatioita. On mielenkiintoista nähdä, mitä esimerkiksi Teslan akkupäivänä 22.9.2020 tullaan esittelemään. Akuilla on omat haasteensa, mutta kaikkiin haasteisiin on myös hyvää vauhtia syntymässä ratkaisuja. Sekä akku- että autovalmistajat tavoittelevat hiilineutraaliutta tuotannossaan, pienentäen entisestään akkujen elinkaaripäästöjä, ja aloitteita on käynnissä kestävämpien hankintaketjujen kehittämiseksi.

Ei ole siis syytä jarruttaa sähköisen liikenteen käyttöönottoa tai akkujen hyödyntämistä, vaan päinvastoin lisätä vauhtia! Omasta mielestäni akkujen tulevaisuuden suhteen on syytä optimismiin.

Jaa