Uutiset

Mari Lundström: Sähköauton hankinta ei ole automaattisesti ekoteko

Akkuihin soveltuvan litiumin tarve nousee 42-kertaiseksi vuoteen 2040 mennessä. Siksi liikenteen sähköistyminen vaatii tehokasta kierrätystä - mutta myös lisää kaivoksia.
Professori Mari Lundström
" Huomio tulee kiinnittää ennen kaikkea akuissa käytettyjen materiaalien alkuperään, koostumukseen ja kierrätettävyyteen", Lundström korostaa. Kuva:Aalto-yliopisto / Anni Hanén

”Kerrohan kannattaako se sähköauto hankkia?”

Siinä on kevyt aloitus keskusteluun, johon tutkijana törmään esimerkiksi erilaisissa sukujuhlissa tai piknikillä. Jätän tyypillisesti vastaamatta, mutta neuvon kiinnittämään huomiota kahteen seikkaan, jos näkökulmana on ympäristölähtöisyys ja auton aiheuttamat hiilidioksidipäästöt.

Ensinnäkin kannattaa kiinnittää huomiota energian alkuperään. Paikallinen ja kansallinen energiantuotantotapa määrittää pystytkö lataamaan sähköautosi vihreällä energialla vai hiipiikö akkuun energiatuotannon harmaampia sävyjä.

Esimerkiksi Norjassa ja Islannissa on saatavilla paljon uusiutuvaa vihreää energiaa. Ranskassa energiantuotanto perustuu laajalti ydinvoimaan, joka luokitellaan hiilidioksidipäästöiltään alhaiseksi. Saksassa sähköntuotannossa on puolestaan harmaampia sävyjä ja korkea energian ympäristökuorma. Iso osa energiasta tuotetaan Saksassa uusiutumattomista lähteistä eli kivi- ja ruskohiilen avulla.

Suomessa energiatuotannon hiilidioksidipäästöt ovat alhaisemmat kuin Euroopassa keskimäärin, mutta kuitenkin muita Pohjoismaita korkeammat. Toisaalta tulevina vuosina pystyt tankkaamaan entistä vihreämpää sähköä – kivihiilen poltto energianlähteenä loppuu Suomessa 2029. Suomen tavoite on olla hiilineutraali 2040-luvulle mennessä.

Sähköautojen ympäristökuorman näkökulmasta kansallisen sähköntuotannon lisäksi merkittävä tekijä on käytetty akkuteknologia. Huomio tulee kiinnittää ennen kaikkea akuissa käytettyjen materiaalien alkuperään, koostumukseen ja kierrätettävyyteen.

Akkumetallien merkitys sähköautoilulle

Akku on todellinen sekamateriaalituote, jossa eri materiaalit ja metallit ovat tiiviisti ja turvallisesti pakattuna lähelle toisiaan. Kuvaavaa on, että sähköauto kuparijohdotuksineen vaatii jopa neljä kertaa enemmän kuparia verrattuna polttomoottoriautoon.

Akkukennon komponenteista katodissa on alumiininen virrankeräin ja aktiivimateriaalia. Katodi koostuu litiumin lisäksi joko koboltin, nikkelin ja mangaanin oksideista tai rautafosfaatista. Jos aktiivimateriaali on kobolttirikas, puhutaan LCO-akusta, NMC-akku on taas nikkelirikas ja LFP-akku on puolestaan rautafosfaattipohjainen.

Akun toinen komponentti, anodi, koostuu kuparisesta virranjohtimesta päällystettynä grafiitilla. Lisäksi akussa on separaattori, ja litiumin suoloista ja orgaanisista liuottimesta koostuva elektrolyytti.

Suomessa tuotetaan monia akun energiavarastoinnissa tarvittavia metalleja, kuten nikkeliä, kobolttia, kuparia ja kierrätysalumiinia. Tämä selittää, miksi suomalaisilla metallintuottajilla ja tutkijoilla on hyvä ymmärrys monista akun raaka-aineista, niiden alkuperästä, tuotantoprosesseista ja kierrätettävyydestä.

Auton akkukennokemialla on merkitystä myös ympäristökuorman näkökulmasta. Akkukennokemia perustuu lähes aina litium-teknologiaan, mutta onko se kobolttirikas, nikkelirikas vai jopa rautafosfaattipohjainen? Näissä kussakin on omat etunsa ja haasteensa ympäristön näkökulmasta.

Kierrätys vaikuttaa ympäristöystävällisyyteen – myös akkujen osalta

Akut eivät ole alun perin suunniteltu hyvin kierrätettäviksi – ja toisaalta auton akuille räätälöityjä kierrätysprosesseja on kehitetty vasta varsin lyhyen aikaa.

Akun kemiallinen koostumus vaikuttaa akkujen kierrätettävyyteen. Esimerkiksi harvinaisia maametalleja ei Euroopassa kierrätetä nykyisellään juuri lainkaan. Koboltti, nikkeli ja kupari kierrätetään hyvin, ja puolestaan litiumin ja mangaanin kierrätys on vasta alkamassa.

Tieteen rooli on merkittävä siinä miten litiumin, mangaanin, kuin harvinaisten maametallienkin talteenotossa onnistutaan tulevaisuuden kierrätysjärjestelmiä rakennettaessa.

Vaikka sähköautoilun ympäristöystävällisyys on vahvasti kiinni tieteen saavutuksista, nykyisellään myös useat teolliset yritystoimijat ovat kehittämässä auton akuille täsmällisesti suunniteltuja kierrätysprosesseja. Kierrätysprosessien kehittyessä akkutuotanto on myös hieman vähemmän riippuvainen Euroopan ulkopuolelta tulevista raaka-aineista.

Kierrätyksen rooli ympäristöystävällisten metallien näkökulmasta on siis suuri. Akkujen tuotannossa tapahtuvan kierrätyksen lisäksi täytyy pohtia muitakin mahdollisuuksia ihmisten arkisähköautoilun puitteissa. Esimerkiksi jos auton omistaja ei käytä sähköautoaan ja sen myötä akkua jatkuvasti, voisiko joku toinen yhteiskäyttää kyseistä autoa tai akkua?

Akkumetallien ja kaivostuotannon tarve lisääntyy sähköautoilun yleistymisen myötä

Suomen kaltaisessa pitkien välimatkojen maassa olennainen kysymys on, että miten pitkään täyteen ladatulla akulla pystyy ajamaan. Mitä pidemmälle haluat päästä sen suuremman akun tarvitset.

Jokaisen akkuun vaadittavan metallikilon tuottaminen aiheuttaa kuitenkin merkittäviä päästöjä.  Esimerkiksi kaivostoiminnalla tuotetun nikkelikilon päästöt vaihtelevat suuresti tuotannon alkuperästä ja prosessista riippuen. Yhden nikkelikilon tuottaminen voi aiheuttaa alle 10, mutta toisaalta pahimmillaan jopa 40:tä hiilidioksidikilogrammaa vastaavat päästöt.

Akkumetalleista koboltti, litium ja harvinaiset maametallit on luokiteltu EU-kriittiseksi, eli ne ovat toiminnallisesti ja taloudellisesti erittäin tärkeitä, mutta niiden saatavuuteen EU-alueelle liittyy riskejä. Yli puolet maailman koboltista louhitaan Kongosta, kun taas maametallien tuotanto on keskittynyt Kiinaan ja litiumista lähes puolet on peräisin Chilestä. Toisin sanoen akkumetallit ovat suurelta osin peräisin länsimaiden ulkopuolelta.

Akkumetallien riittävyys ja tuotantokapasiteetti on rajallinen. Samaan aikaan on ennustettu että akkuihin soveltuvan litiumin tarve nousee 42-kertaiseksi vuoteen 2040 mennessä  kun taas koboltin tarve olisi 21-kertainen ja nikkelin 19-kertainen.

Kierrätys yksin ei millään pysty vastaamaan kasvavaan tarpeeseen esimerkiksi seuraavan kymmenen vuoden aikana – eikä edes murto-osaan siitä. Näin ollen, jos sinä ja naapurisi ja kaikki naapurit naapurimaissakin siirtyvät sähköautoiluun, tarvitaan merkittävästi uusia kaivoksia ja metallurgisia jalostuslaitoksia.

Lisäksi uusien kaivosten perustamisella on paikallisia vaikutuksia ympäristöön esimerkiksi luonnon monimuotoisuuden, maaperän ja vesistöjen näkökulmasta. Ilman kaivoksia ei puolestaan ole sähköautoja.

Paluu alkuperäiseen kysymykseen sähköauton hankkimisesta

Tyypillinen kuluttaja ei tee auton ostopäätöstään kovin rationaalisesti. Ostopäätökseen vaikuttavat esimerkiksi  auton ajotuntuma, ulkonäkö, teho, kiihtyvyys sekä latausinfran saatavuus, käyttötottumukset, verohelpotukset ja sähkön hinta.

Mutta vaikuttaako akun kemia, metallien kriittisyys, metallien kierrätettävyys tai paikallinen energiatuotantotapa ihmisten ostopäätökseen? Ehkei hirveästi, ainakaan toistaiseksi.

Itse uskon tutkijana, että on kestävää käyttää sähköautoa tiedostavasti, kuten muitakin kulutustuotteita. Hankkia uutta vain oikeaan tarpeeseen, mielellään sellaiselta toimijalta, joka panostaa alhaisen hiilidioksidijalanjäljen saavuttamiseen. Optimoida (ei maksimoida) tarvittavan akun koko, ja ladata vihreällä energialla, mahdollisesti yhteiskäyttää sähköautoa. Käyttää autoa ja akkua kestävästi niin, että akun käyttöikä maksimoituu – esimerkiksi välttämällä akun latauksen ääripäitä.

Se on varmaa, että riippumatta siitä hankitko auton, niin maailma tarvitsee metalleja. Nykyiset ja uudet energiantuotanto- ja varastointimuodot tarvitsevat lisääntyvissä määrin metalleja ja niiden kierrätystä. Siksi metallien kierrätyksen kehittämiseen kannattaa panostaa myös tieteessä.

Mutta loppujen lopuksi takaisin kysymykseen – minä en tiedä, kannattaako juuri sinun hankkia sähköauto vaikka asiaa katsoisi vain ympäristön näkökulmasta. Sen tiedän, että kaikella autoilulla, myös sähköautoilulla on ympäristövaikutuksia.

Mari Lundström on Aalto-yliopiston hydrometallurgian professori sekä Batteries Europen raaka-aine- ja kierrätys työryhmän puheenjohtaja. Hänen tutkimusryhmänsä tutkii metallien valmistusta, kierrätystä sekä prosessien ympäristövaikutuksia.

Juttu on julkaistu ensimmäisen kerran MustRead Akatemiassa.

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Economicum
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Helsinki GSE:n Tilannehuoneen raportti: Poikkeusolojen kuntavaalit näkyivät erityisesti matalasti koulutettujen ja pienituloisten alhaisessa äänestysaktiivisuudessa

Kesäkuussa toimitetuissa korona-ajan kuntavaaleissa äänestämisen epätasa-arvo syveni poikkeuksellisen voimakkaasti.
Sähkötekniikan korkeakoulun vuoden alumnin Mikko J. Salmisen hymy oli herkässä, kun Otakaaren katoilta Otaniemestä löytyi hänen aikanaan teekkareiden käytössä ollut Telesten lautasantenni. Kuva: Aalto-yliopisto / Ira Matilainen
Palkitut, Tutkimus ja taide, Yliopisto Julkaistu:

Vuoden alumni Mikko J. Salminen kannustaa monialaiseen opiskeluun

Mikko J. Salminen valittiin Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulun vuoden alumniksi 2021. Valinta julkistettiin Sähköinsinöörikillan satavuotisjuhlassa lauantaina 23. lokakuuta.
Janne Laine sits on a tall black chair, dressed in a tuxedo, wearing the Dean of School of Cheminal Engineering ceremonial link necklace, smiling. Background is white and slightly wavy.
Tutkimus ja taide, Yliopisto Julkaistu:

Vararehtori Janne Laineen muotokuva julkistettiin

Muotokuvan on kuvannut Aallon alumni Erica Nyholm.
Games Now!
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Games Now! – Avoin luentosarja pelialan kehityksestä

Games Now! on avoin luentosarja pelialan vallitsevista aiheista ja tulevista trendeistä.