Reportage: Koldioxid – från vaggan till graven

Premium Vilken är mer miljöskadlig, förbrännings- eller elbilen? För att svara på den frågan räcker det inte längre med att mäta förbrukningen, även produktionen och användningen måste tas i beaktande i kretsloppet: cradle to cradle – från vaggan till graven.

Reportage: Koldioxid – från vaggan till graven

Förr, när förbränningsmotorn var det enda som fanns, mättes miljöbelastningen i liter. Behövde man många liter var man miljöbov oavsett om bilen gick på bensin eller diesel.

Endast experter visste att dieseln släppte ut tolv procent mer koldioxid under förbränningen än en bensinmotor på grund av sin högre energitäthet. "Petitesser" som energiåtgång under bränsletillverkningen intresserar inte ens den stora massan idag.

Innan den fjärde stora rapporten från IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) om klimatförändringar släpptes 2007 var bilarnas koldioxidutsläpp knappt ett större ämne. Man räknade mestadels endast enligt tank to wheel-principen, alltså förbrukningen under färd men inte produktionen av vare sig bilen eller bränslet.

Skillnaderna för produktionsutsläpp bland fossilbilar var inte extremt stor, så länge man inte envisades med aluminium- eller kolfiberkarosser vars tillverkning kräver extremt mycket energi jämfört med stål. Här prisade man hellre bilarnas låga vikt än att kritisera det höga koldioxidutsläppet under framställningen.

En så pass ensidig emissionsanalys skulle idag, och framför allt i den kommande multikulturella drivlinekulturen, enbart leda till total förvirring. Elbilar är trots allt bara lokalt utsläppsfria (bortsett från partikelutsläpp) och förbränningsbilar samt deras bränsle produceras definitivt inte utsläppsfritt.

Globalt finns gigantiska skillnader mellan koldioxidutsläppen per producerad kilowattimme. I länder som Sverige med hög andel atomenergi och vattenkraft är CO2-utsläppet mycket lågt och batteriproduktionen här hade haft ett mycket mindre koldioxidavtryck än i exempelvis Kina. Där produceras den största delen av världens alla batterier fortfarande med en stor andel kolenergi vilket ger en mycket högre miljöbelastning.
Källa: Förbundsdagen i Tyskland

Idag tittar man följaktligen på utsläppet under hela bilens liv, en så kallad livscykelanalys där man analyserar bilens kompletta energiåtgång från råmaterial och produktion över livet på vägen och slutligen till återvinningen.

Fördelen är att man även kan jämföra olika drivlinelayouter och deras koldioxidavtryck, nackdelen är dock att analysen är extremt omfattande och beroende av en rad specifika förutsättningar vilket försvårar en helt transparent analys.

Exakt hur svårt det kan vara märker man när resultatet inte faller den ena eller andra drivlinefalangen i smaken. Störst fokus lägger kritikerna på forskarnas antaganden om CO2-utsläppet under tillverkningen av litiumjonbatterier. Ett mycket uppmärksammat fall är studien från Svenska Miljöinstitutet (IVL) från 2017 som antog att CO2-utsläppet för 1 kWh kunde vara så högt som 150–200 kg.

Det möttes knappast med glädjerop från elbilsfansen eftersom den svenska studiens uppskattning låg betydligt högre än andra analyser som uppskattade utsläppet till 125 kg.

Studien beräknade att koldioxidutsläppet för batteriproduktionen för en Tesla Model S skulle uppgå till 17,5 ton CO2, plus energiåtgången för bilproduktionen som ökade koldioxidutsläppet med ytterligare åtta ton.

Man påstod dessutom att elbilen skulle behöva åtta år på vägen för att miljöpåverkan skulle bli lägre än för en bensinbil. Även om det redan då innebar att en elbil över hela sin livslängd (utan att byta batterier) skulle släppa ut mindre koldioxid än en jämförelsebar förbränningsbil var elbilsfraktionen olycklig.

Faktum är att vi inte har en enda korrekt siffra för koldioxidbelastningen under batteriproduktionen. Varför? För att de globala produktionsförutsättningarna är alltför olika. Det är nämligen stor skillnad på utsläppsnivån beroende på om battericellen produceras i norra eller i södra Kina.

Det är dock också ett faktum att de svenska forskarnas antagande låg för högt, vilket till stor del berodde på tidsåtgången för dessa undersökningar. 2015 såg batteriproduktionen och elbilsvärlden annorlunda ut än 2019 då IVL publicerade nya CO2-siffror för litiumjonbatteriproduktionen som i snitt var 25 procent lägre än i den första rapporten.

Redan 2017 krävde de svenska forskarna två saker som fortfarande är aktuella: för det första att batteriproduktionen är väldigt energiintensiv och att energin därför borde komma från förnyelsebara källor, och för det andra att man istället för att bygga allt större batterier borde fokusera på högre effektivitet vid bibehållen storlek. 

Att dessa krav även fann gehör inom bilbranschen visas exemplariskt av amerikanska Tesla. Under den senaste "Battery Day" lovade Elon Musk en märkbar förbättring av cellproduktionens energieffektivitet.

Hur? Genom att avstå från den mycket energikrävande torkningsprocessen där katodens aktiva cellmaterial nickel, mangan och kobolt appliceras flytande med giftiga lösningsmedel för att sedan torkas.

Istället ämnar Musk applicera dessa material torra. Förutom detta vill Tesla minska (eller helst eliminera) det människorättsligt tveksamma grundämnet kobolt i sina batterier och bygga batterier med högre nickelandel och högre energitäthet.

Dessutom ökar Tesla effektiviteten i sina elbilar för varje modellår och med aktuella Model 3 Long Range med 75 kWh-batteri lyckas man minska energiåtgången ytterligare och öka räckvidden till mer än 400 km även i motorvägsfart. Dessa miljöstudier är alltså inte enbart tändvätska för differenserna mellan förbrännings- och elbilsfansen utan också riktad, konstruktiv kritik för att förbättra elektromobiliteten.

I oktober 2020 publicerade det tyska ingenjörsförbundet VDI en studie över personbilars, och deras olika drivlinors, miljöpåverkan. Studien påbörjades redan 2018 med understöd av VW (då dessvärre utan ID.3) och tvingade därför författarna att jobba utifrån den dåtida, för elbilar vanliga, materialsammansättningen NMC 111 som innebär lika andelar nickel, mangan och kobolt som aktivkomponenter i cellen.

Resultatet var nedslående: man beräknade att produktionen av 1 kWh förde med sig ett koldioxidutsläpp på upp till 160 kg.

VDI-studien förutspådde energitekniskt bättre celler med betydligt högre andel nickel (NMC 622) så sent som 2030. Som produktionsplats valde studien Kina, vilket var smart eftersom två av världens tre största batteritillverkare befinner sig just där, och då i första hand tillverkaren CATL (som producerar batterier för bland andra VW och Opel) som för tillfället ligger knappt före Panasonic inom batteritillverkningen. 

Även om VDI-studiens tidsuppfattning var en aning för konservativ innehåller den två kärnpunkter som är utslagsgivande för elbilarnas framtid: 1. Att fortsätta forskningen kring batteriproduktion och cellkemi minskar produktionens koldioxidutsläpp. 2. Produktionen måste flyttas till länder som har en renare energiproduktion än Kina.

Valet av produktionsplats hade sina alldeles egna påföljder, eftersom Kinas höga andel av kolproducerad el ökar CO2-utsläppet med drygt ett kilogram (starkt beroende på region) per kWh. Det är tre gånger så mycket som i Tyskland och nästan 20 gånger så mycket som i Sverige!

Tillsammans med en konservativ cellkemi räknade man fram att en elbil med 48 kWh-batteri når break even först efter 12 000 körda mil, alltså då den sammanlagda miljöpåverkan blir lägre än för en jämförelsebar dieselbil. Versioner med större batteri nådde enligt studien break even först efter 20 000 mil.

Med NMC 622-batteriet ombord (även här 48 kWh) minskades körsträckan med en tredjedel till cirka 8.000 mil och även det större batteriet tog ett stort kliv nedåt med knappt 15.000 mil till break even.

Inte helt fel skulle det visa sig – förutom den förutspådda tidpunkten för NMC 622-sammansättningen. NMC 622-batterier finns nämligen i nästan alla nya elbilar idag, exempelvis i VW ID.3.

En ännu mer progressiv cellkemi (NMC 811) med kisel- istället för kolfiberanoder är redan på väg. En anod gjord av kisel kan nämligen spara betydligt fler joner än en kolfiberdito. Problemet är att kisel utvidgas extremt mycket (upp till fyra gånger sin storlek) vilket potentiellt kan förstöra batteriet.

Flexibelt inbäddade kiselstrukturer ska lösa dilemmat. På grund av den rasande utvecklingstakten jobbar VDI med en justering av sin senaste studie som ska publiceras tidigt nästa år.

Industristandard för elektrodtillverkning idag är våtapplicering, där de aktiva materialen appliceras på metallfolie. Lösningsmedlen som används är inte bara giftiga utan kräver mycket energi för att torkas. Ett tyskt institut (Fraunhofer IWS) satsar istället på torrapplicering där pulver läggs i lager på folien och sedan lamineras. Även Tesla forskar inom torrapplicering eftersom det skulle innebära en betydlig minskning av energiåtgången.

Även då är det viktigt att ta fram studiens kärnkritik. För det första är tillverkningen i Kina allt annat än optimal för miljön på grund av landets CO2-intensiva tillverkningsförutsättningar, och europeiska tillverkare verkar dra de rätta slutsatserna: enbart VW planerar att bygga sex nya batterifabriker i Europa fram till 2030.

Det innebär inte enbart kortare transportvägar och fler arbetstillfällen utan även att koldioxidbelastningen under produktionen kan minskas avsevärt. Den kinesiska batterigiganten CATL vill därför också investera i den europeiska batteritillverkningen.

För det andra: Hur snabbt en elbil når break even beror både på hur stort batteriet är och på hur mycket bilen körs. En konkret användningsanalys är därför en enormt viktig del i den sammanlagda analysen. Tyngdpunkten här är att räckvidden inte enbart ska komma från allt större batterier men framför allt från alltmer effektiva celler.

Men om bilproduktionens miljöpåverkan är så pass starkt beroende av yttre faktorer och olika produktionsförutsättningar, kan man verkligen fatta ett sanningsenligt beslut om vilken drivlina som är den mest miljövänliga?

Att jämföra tillverkarna med deras egna siffror är fortfarande svårt, men när en tillverkare som VW själv bestämmer sig för att starta en egen jämförelse – de vill sälja både Golf och ID.3 – är resultatet allt som oftast mycket intressant. I VW-studien avger ID.3 (27,9 ton) 4,2 ton mindre koldioxid under hela sin livscykel än en Golf Diesel (32,1 ton) och till och med 8,8 ton mindre än en bensindriven Golf (36,7 ton).

Det ska tilläggas att ID.3 inte ens använder sig av den allra senaste cellteknologin och att VW undviker att räkna med Zwickaufabrikens CO2-neutralitet som bland annat är köpt via certifikat. Det, å andra sidan, är ett helt eget och säkerligen minst lika polariserande ämne.