FOKUS IVL
Det svenska miljöinstitutet är ett fristående forskningsinstitut inom miljöområdet som ägs av Stiftelsen Institutet för Vatten- och Luftvårdsforskning (SIVL). Verksamhetens syfte är framtagning av opartiska beslutsunderlag och forskningsresultat med hög vetenskaplig kvalitet.
Det är ingen hemlighet att batteriproduktionen står för det mest energikrävande delmomentet vid elbilstillverkningen. Över fyrtio procent av den totala energiförbrukningen (enligt IVL) för produktionen av en elbil går åt till batteriet. För att sätta det hela i ett sammanhang krävs det inte ens fem procent av den totala energin för tillverkningen av elmotorn.
Hur kommer det sig? Batteritillverkningen är idag en ytterst komplicerad process långt bortom allt som heter AA-batterier och innefattar en mängd olika delmoment. Alla elbilar drivs idag av litiumjonbatterier av antingen NMC- (Litium-mangan-koboltoxid) eller NCA-typ (Litium-nickel-kobolt-aluminiumoxid). Gemensamt för båda är ett stort behov av mineralen kobolt (upp till 50 procent) och andra metaller som litium, aluminium, koppar och nickel.
Att göra en uppskattning av energiåtgången för utvinningen är dock nästintill omöjligt, eftersom energibehovet varierar starkt mellan de olika gruvorna och malmsorterna. I Tenge Fungurume-gruvan i Kongo som främst använder sig av dieselkraft rapporterades 2017 en energiåtgång på 163 kWh/ton malm med en koboltandel av 0,32 procent. I Kamoto-gruvan (Kongo) som främst använder sig av elektricitet användes däremot i genomsnitt endast 61,7 kWh/ton malm med en kobolthalt på 0,51 procent (2017).
Malmen transporteras till raffineringsanläggningar där de nödvändiga materialen löses ut med hjälp av olika processer som exempelvis kalcinering och samutfällning. Båda processerna kräver stora energimängder för att värma upp grundmaterialet och står således för 43 procent (enligt IVL) av den sammanlagda energiåtgången för att producera råmaterialet som krävs för nästa steg i tillverkningsleden, nämligen cellproduktionen (Kamoto, 2017).
Även här är flera olika och mer eller mindre energikrävande steg involverade. Den största miljömässiga boven vid tillverkningen är torkningsprocessen för råmaterialet. Energiåtgången här är helt och hållet beroende på torkrummens storlek och luftfuktigheten.
Var torkrummet befinner sig är således en central fråga, eftersom torkningsprocessen är så pass energiintensiv och ytterst beroende av den yttre miljön. I en torr yttermiljö krävs således mindre energi än i ett klimat med högre luftfuktighet. Faktum är att samtliga torkningsprocesser svarar för hela 82 procent av den sammanlagda energin som krävs för cellproduktionen (Huayou, Kina, 2017).
Den centrala och absolut avgörande frågan när det gäller batteritillverkningen är dock hur elektriciteten som man använder sig av har tillverkats. I samma takt som elbilsanvändandet ökar, ökar även konsumenternas medvetenhet om miljöbelastningen. Redan nu har man lyckats effektivisera batteritillverkningen.
I en IVL-rapport från 2017 talar man om en energiåtgång för tillverkningen av litiumjonbatterier på mellan 150 och 200 kg koldioxidekvivalenter för varje kWh av batteriets maximala kapacitet. För en Tesla Model 3 med 50 kWh-batteri hade det alltså inneburit ett CO2-utsläpp för batteritillverkningen på minst 7,5 ton koldioxid.
En uppdaterad rapport från 2019 redovisar däremot mycket lägre siffror: 61–106 kg koldioxidekvivalenter per kWh. Den viktigaste anledningen till minskningen är fabrikernas förbättrade effektivitet (Huayou, Kina, 2017). För Tesla Model 3 innebär det alltså ett CO2-utsläpp på mellan dryga 3 ton upp till 5,3 ton, beroende på den använda energimixen.
Kobolt – ett kritiskt ämne
Nyckelkomponenten i dagens litiumjonbatterier är kobolt, ett hårt, magnetiskt och metalliskt grundämne som främst förekommer i mineralerna kobaltit, smaltit och erytrit. Moderna litiumjonbatterier består av upp till 50 procent av kobolt, som främst bryts som biprodukt till koppar och nickel.
Världens ledande nation när det gäller koboltbrytning är Kongo som står för hela 64 procent av den globala produktionen. I stort sett all kobolt som används industriellt idag kommer från just gruvproduktionen. Enligt EU är nämligen andelen återvunnen kobolt lika med noll. Totalt produceras grundämnet i 19 länder globalt, varav två inom EU: Finland och Nya Kaledonien som svarar för en respektive två procent av världsproduktionen.
Enligt Amnesty International har man observerat utbredda brott mot mänskligheten och barnarbete i den för det mesta småskaliga produktionen i Kongo. Dessvärre kommer 49 procent av den importerande kobolten från just Kongo, ett av världens mest politiskt instabila länder.
Som svar på detta projekterar man för fullt andra fyndigheter där man hoppas kunna bryta kobolt under bättre omständigheter. Inte minst i Sverige finns rikliga kobolttillgånger som för närvarande uppskattas till 19 000 ton. Man hoppas dock kunna hitta ännu större koboltkällor och chanserna är goda: den största delen av Sveriges berggrund är ännu inte projekterad.
Vid tiden för den förra rapporten befann sig en del av fabrikerna, vid sidan om storspelarna Tesla och LG som redan då producerade batterier på full kapacitet, fortfarande i pilotfasen vilket innebär att man producerar batterier i mycket mindre skala än kapaciteten tillåter. I samband med att elbilar efterfrågas alltmer ökar såklart även produktionstakten upp till full kapacitet vilket i sin tur innebär en högre effektivitet per producerad enhet.
Stor effekt på koldioxidutsläppet har som vanligt energimixen som används vid tillverkningen. 61 kg/kWh innebär att den absolut största delen av energin kommer från förnybara källor.
Ett strålande exempel på detta är Northvolts kommande gigafactory som fokuserar på en hållbar och miljöanpassad batteri-produktion. Används fossil el i flera av tillverkningsstegen hamnar siffran istället på andra sidan av spektrumet. I tillverkningsprocesser med mindre transparenta fakta (där man alltså inte kan fastställa vilka energikällor som har använts) kan dock CO2-utsläppet vara så högt som 146 kg/kWh.
I den nya rapporten har man dessutom låtit bli att ta upp energiåtgången för materialåtervinningen vilken i förra rapporten svarade för 15 kg CO2. En siffra som verkar vara tagen ur luften med tanke på att återvinningen mestadels befinner sig i prototypsstadiet än så länge och inga konkreta uppgifter kan lämnas.
Utöver detta har man även konstaterat att den genomsnittliga livslängden för ett elbilsbatteri är 14 år istället för åtta, vilket man utgick ifrån förr (åtta år som lagringsenhet i elbilar, sex år som stationär energibärare).
Fokus Kalcinering
Kalcinering är en process där fasta material modifieras genom upphettning utan att materialet tillåts smälta. Syftet med kalcinering i batteritillverkningen är att separera de olika materialen.
Fortfarande gör dock produktionen av elbilar ett betydligt högre CO2-avtryck än motsvarigheten för fossilt drivna fordon. Enligt en studie från Volkswagen från 2017 är koldioxidutsläppet för en e-Golf ungefär dubbelt så högt som för en dieseldriven Golf. Först efter 12 500 mil jämnar miljöpåverkan ut sig och elbilen blir plötsligt ”grön”. (Volkswagens siffror utgår från en maximal körsträcka på 20 000 mil och den tyska elmixen.)
Nu ska vi dock tänka på att en Golf produceras med tysk ”fulel”, vilket påverkar CO2-balansen avsevärt. En e-Golf som produceras och körs i Tyskland skulle ha en CO2-balans av 142 g CO2 för varje körd kilometer. Hade bilen producerats och enbart laddats med svensk el, hade motsvarande siffra istället hamnat på 61 g/km.
Svaret på frågan om hur skitiga elbilsbatterier är förblir oklart. Alltför många faktorer spelar in. Faktum är dock att elbilar har en mycket stor potential att bli ännu grönare, medan produktionen av fossilbilar verkar ha nått taket.
Centralt för miljöfrågan är övergången till en förnybar kraftkälla i gruvdriften, raffineringen och produktionen precis som effektiviseringen i nämnda produktionsgrenar. Framför allt krävs det stora och fullskaliga produktioner som Teslas gigafactories och Northvolts planerade batteriproduktion i Skellefteå som använder sig av förnybara energikällor och följer en tydlig hållbarhetsplan.
