Reportage: Litiumjonbatteriets miljöpåverkan är betydande – men blir bättre i snabb takt

Premium Elbilsbatteriet är något av en miljöbov. Produktionen av elbilar ökar alltmer och batteritillverkningen är smutsig i dagsläget. Men forskning pekar på att nya batterikemier och återvinning kan råda bot på problemen.

Reportage: Litiumjonbatteriets miljöpåverkan är betydande – men blir bättre i snabb takt

Att elbilen släpper ut mer än en förbränningsbil är ett påstående med några år på nacken.

Men det finns färska studier som ger det stöd. IVL Svenska Miljöinstitutet publicerade en rapport 2017 där utsläppen vid tillverkningen av en Tesla Model S jämfördes med utsläppen från att köra en bensin- eller dieselbil.

Slutsatsen: Nya elbilar kan i själva verket vara riktiga utsläppsbovar och tillverkningen av en sådan släpper ut lika mycket som att köra en förbränningsbil i åtta år. Rapporten plockades snabbt upp av medier världen över. Bland annat blev den omskriven av Popular Mechanics, klimatförnekarbloggen Watts Up With That och den högerradikala och Trumpvänliga sajten Breitbart.

2019 kom även en forskningsstudie av den tyska tankesmedjan IFO där utsläppen från en Mercedes C220 d jämförs med en Tesla Model 3. Studien kommer fram till att elbilar kan ha mellan 11 och 28 procent högre koldioxidutsläpp än en dieselbil, om elbilen körs på tysk el. Detta eftersom den tyska elmixen innehåller mycket kolkraft blir utsläppen under körning högre, menar forskarna. De hävdar också precis som IVL att framställningen av elbilsbatterierna kräver stora mängder energi som är smutsig även den. IFO-forskarna räknar med att Model 3-batteriet släpper ut upp till 15 ton koldioxid redan innan bilen börjar köras. När elbilen sedan rullar med den tyska elmixen blir koldioxidutsläppet malusvärdiga 156–180 g/km.

Båda de nämnda rapporterna har fått kritik, främst för att de räknar med smutsiga elmixer. IVL-rapportens högsta beräkningar utgår från att mycket kolkraft används vid tillverkningen och IFO-rapporten att dito används för att driva bilen. Sverige har en betydligt grönare elmix än Tyskland och en elbil som körs här skapar därför mindre utsläpp.

Just IFO-rapporten fick dessutom kritik för att forskarna räknar dieselbilens utsläpp under färd men inte med tillverkningen som de gjort för elbilen. Äpplen och päron, med andra ord. Även beräkningarna för batteritillverkningen kritiseras för att man utgått från en kolsotig elmix, men där kan det finnas belägg. Häng med oss så ska vi förklara var forskningen står idag och hur miljöpåverkan vid batteriproduktion ska bli mindre.

Montering av batteripaketet till Audi e-tron på fabriken i Bryssel. Notera de blanka lådorna, batterimodulerna, som är fyllda med battericeller.

Svårgranskad tillverkning

Idag står det fortfarande kolberoende Kina för en stor del av batteriproduktionen. Det är dock många steg i den långa tillverkningsprocessen och det gör det svårt att räkna ut utsläppen. Vissa delprocesser sker i helt andra länder. Enligt en annan studie av existerande forskning kan ett elbilsbatteri ha en klimatpåverkan på 39–196 kg koldioxidekvivalenter per kilowattimma (kWh). 

Studien är gjord av Hans Eric Melin, chef på forsknings- och konsultföretaget Circular Energy Storage, på uppdrag av den gröna tankesmedjan Transport & Environment i Bryssel. Enligt Melin beror en stor del av osäkerheten på att varje steg i anrikningen av råmaterialen och senare tillverkningen av batteri-cellerna är mycket energikrävande. 

Till exempel kräver framställningen av litium-pulvret som täcker varje battericells katod i ett batteri 228 megajoule per kWh kapacitet – motsvarande 20 procent av energibehovet för hela batteriets tillverkning. Beroende på energikällorna som används kan tillverkningens klimatpåverkan variera ordentligt.

Hur mycket länderna eller rent av de individuella fabrikerna som elbilsbatteriet tillverkats i har ställt om till förnybar el varierar. Med en lång och komplex värdekedja från gruva till bilfabrik kan det därför vara svårt för forskarna att beräkna den totala klimatpåverkan, särskilt när de inte helt kan lita på sina data.

Bristande data

Väldigt få studier av litiumjonbatteriernas utsläpp är baserade på data från riktiga fabriker. I en tidigare studie av 36 livscykelstudier gjorda 1999–2016 visade det sig att bara åtta använde sig av primärkällor. 27 baserade sig på dessa åtta som publicerats 2000–2012, alltså tre år innan Tesla gick ut med att de skulle bygga Gigafactory, världens första storskaliga litiumjonbatterifabrik utanför Japan, Sydkorea eller Kina. De siffror som finns är i många fall gamla och misstänks vara inaktuella med tanke på den snabba utvecklingen. 

Melin fokuserar därför på siffror från det amerikanska Argonne National Laboratorys GREET-modell för livscykelanalys av fordon. 

Under 2017–2019 utförde Argonne ett antal studier av batteritillverkning. En studie täckte tillverkningen vid två battericellsfabriker i Kina, en annan tre koboltgruvor i Demokratiska Republiken Kongo (DRC). Studiernas data är däremot långt ifrån uttömmande och täcker inte alla olika sorters batterikemier (se ovan).

Test av batterier med NMC-celler på BMW:s nya
battericellkompetenscenter i München.

IVL ändrar sig

Inte långt efter det att Melins rapport publicerats släppte IVL en uppdaterad version av sin kritiserade rapport. I den har kalkylen för en elbil med NMC111-batteri sänkts ordentligt, från 150–200 kg koldioxid-ekvivalenter per kWh till 61–106 kg eller uppåt 146 kg om "data som är mindre transparenta" tas med i beräkningarna.

Den lägre siffran, 61 kg, gäller de allra bästa batterierna som byggs med fossilfri el, som Northvolt planerar att göra i Sverige. Den högre siffran gäller batterier från asiatiska tillverkare som byggs med exempelvis kolel. 

Enligt studien är minskningen mest för att fabrikerna ökat sin produktion sedan förra studien gjordes vilket minskat utsläppen per cell. För att komma under 60 kg koldioxidekvivalenter behövs lägre utsläpp från brytningen och upparbetningen av grundråvarorna och en större andel återvunna material, något IVL fortfarande inte räknar med till skillnad från Melin som har uppskattat att det mest miljövänligt tillverkade batteriet kan nå ner till 39 kg per kWh.

Återvinning är redan lösningen

Både IVL och Hans Eric Melin efterfrågar att mer fokus läggs på hela batteriets livslängd. De flesta studier fokuserar bara på batteriets miljöpåverkan fram till att det monteras i en elbil, det vill säg från "vagga till grind" men inte hela vägen till "grav". Det är konstigt när andralivsanvändningen av uttjänta bilbatterier för till exempel lagring av sol- eller vindkraft blir allt vanligare och innebär att batteriernas livslängd kan förlängas väsentligt.

Batteripaketen i elbilar är rejäla, delvis för att maxa räckvidden. Ett paket kan innehålla flera tusen battericeller. Volkswagen har inte gått ut med vilken kemi de använder i paketen till MEB-plattformen (bild), men om det är NMC111 släpper tillverkningen av det här 82 kWh stora paketet ut 3,2–16,2 ton koldioxidekivalenter.

I en annan studie Melin gjort på uppdrag av svenska Energimyndigheten i juni 2019 slår han fast att 97.000 ton litiumjonbatterier återvanns under 2018, vilket motsvarar 50 procent av nytillverkningen. Det är långt över den andel på 2–7 procent som enligt Melin ofta citeras av forskare och medier.

67.000 ton återvanns i Kina och 18.000 ton i Sydkorea, samtidigt som mer än 1 gigawattimme med batterier fick ett andra liv som backuplösningar, energiförvaring och bärbara enheter. 

Det är dock viktigt att rätt metoder används för återvinningen. Smältning skapar mer utsläpp än det sparar. Samtidigt kan miljövänligare metoder där delkomponenterna plockas isär vara komplicerade för återvinnare när alla batterier är tillverkade på olika sätt och instruktioner för återvinning saknas och batteripaketen inte är designade för att åtevinnas från första början. Trots det är prognosen att återvinningen kommer att öka stadigt under de kommande åren.


Biltillverkarna blandar sig i batteriutvecklingen allt mer – men vill inte tillverka dem själva

För att hålla jämn takt med sina konkurrenter i elbilskapprustningen satsar allt fler bilmärken på att göra det som batteritillverkarna tidigare gjort åt dem: utveckla battericeller med nya batterikemier.

BMW öppnade nyligen ett eget "battericellskompetenscenter" i München där man kommer att testa och utveckla olika battericeller både på egen hand och med sina samarbetspartners. 

Centret har 200 anställda och är utrustat med allt som behövs för småskalig battericellsproduktion. "Test kan utföras av upp till tio olika celltyper samtidigt", säger en anställd. Centret kan testa kemiernas lämplighet för produktion innan de skickas till batteritillverkarna för fullskalig produktion. Trots det säger Jörg Hoffmann, teknisk utvecklingschef för battericeller och e-drivlinor, att BMW inte planerar någon egen batteritillverkning.

"Det är absolut en möjlighet men vi har inga planer på att göra det idag."

Källa: Circular Energy Storage

En stor del av den pågående kapprustningen mellan batteritillverkarna och även bilföretagen kretsar kring att framställa bättre batterikemier – materialblandningen i battericellens katod, lite förenklat plussidan. 

Speciellt energidensiteten ökar stadigt med nya kemier vilket på sikt kommer leda till längre räckvidder och lättare batteripaket. NMC111 har varit den vanligaste och vad flera studier utgår ifrån. NMC111 består av lika delar nickel, mangan och kobolt i sin kato. Kemin väntas ersättas av mer nickelrika kemier, senast NMC811 (åtta delar nickel, en del kobolt och en del mangan). 

Detaljerade utsläppsdata för produktionen av NMC811 finns inte tillgängliga än men förväntas vara lägre än för NMC111. IVL beräknar en minskning med 14 procent.

Andra kemier finns också. Tesla sticker ut med den något instabilare men mycket energitätare batterikemin NCA med 80 procent nickel, 15 procent kobolt och 5 procent aluminiumoxid. Innan NMC blev populär var LMO-kemin vanlig. LMO innehåller endast nickel och manganoxid i katoden. LMO-batterier är dock inte lika stryktåliga som andra kemier och har kort livslängd. Ett exempel är första generationen av Nissan Leaf som hade stora problem med just det. Numera använder Nissan en NMC-kemi.


45 procent av Sveriges energi kommer från förnybar energi

Wiggo Björck:

Panta mera!

Som det ser ut nu rör vi oss stadigt mot marknadsdominans för eldrift inom bara några år. Miljonstrecket för laddbara bilar världen över passerades runt årsskiftet 2019. Det kommer bara öka och sätter enorm press på batteritillverkningen.

Återvinning kan därför bli ett måste, för inte nog med att gruvdriften och anrikningen av råmaterial är smutsig – det riskerar dessutom att bli en flaskhals som kan bromsa upp hela produktionen. 

Om den risken är tillräcklig för att motivera marknadskrafterna att förlita sig allt mer på återvunna material före nya från gruvdriften är tveksamt. Det kan därför behövas lite hårdhandskar från EU för att göra det till ett attraktivt alternativ.


Gröna tankesmedjan:

Skapa ett EU-regelverk för batteritillverkningen och batteriåtervinningen!

Med Hans Eric Melins rapport som stöd har Transport & Environment nu börjat lobba för ett EU-regelverk för både batteritillverkning och återvinning. Enligt tankesmedjan är det hög tid att införa en lagstiftning med tanke på att minst 16 gigafabriker planeras i Europa, bland annat svenska Northvolt och nyligen Teslas Gigafactory 4 i Tyskland. För att säkerställa en miljövänlig och etiskt schyst tillverkning, organiserad andralivsanvändning och stor batteriåtervinningsindustri lägger därför tankesmedja fram en lång lista med förslag:

Tvinga alla tillverkare att rapportera in data till en offentlig EU-databas för alla batterier som säljs på EU-marknaden. 

Databasen ska inkludera:

• Koldioxid- och energiavtryck, både koldioxidekvivalenter per kWh och livstidsbehov i kWh
• Tillverkningsmetod
• Tillverkningsland och fabrik
• Baserat på databasen ska också ett utsläppstak sättas för batterier

Se till att batteriernas styrsystem inkluderar digitala "batteripass" med samma information som EU-databasen plus:

• Batterikemi
• Återvinnings och reparationsinstruktioner
• Batterihälsa
• Laddhistorik
• Användningshistorik

Utöver databasen och batteripassen vill T&E att:

•  EU-forskningsstöd bör gå till att utveckla mer miljövänliga tillverkningsmetoder för batterikomponenter
• Farliga ämnen i batteritillverkningen ska fasas ut och kontrolleras hårt för att styra utvecklingen mot bättre metoder och material samt en giftfri leveranskedja för batterier
• Tvinga batteritillverkarna att tillverka sina batterier för återvinning från början. Batterierna bör förutom "passet" märkas med till exempelvis QR-koder som återvinningscentraler kan läsa av för att få fram återvinningsinstruktioner.