Rafhlöður

Virðiskeðja lithium rafhlöðunnar er sannkallað heimshornaflakk. Stærstu lithium námurnar eru í Ástralíu og Chile. Cobalt er í Kongó, manganese er í Suður Afríku. Oftast koma efnin óunnin til Kína þar sem þau eru verkuð. Kínverskar verksmiðjur hreinsa efnin og framleiða katóður og anóður; plúsinn og mínusinn í rafhlöðunni. Enn sem komið er Kína einnig með um tvo þriðju af framleiðslu á sellunum og pakkningunum sjálfum sem enda í bílum og símum.

Þó virðiskeðjan flæði í gegnum Kína í dag þá benda áform framleiðenda og ríkisstjórna til þess að það gæti breyst. Líklega sjáum við þrjár aðskildar virðiskeðjur frá námu-til-bifreiðar; í Kína, Evrópu og Bandaríkjunum. Námugröftur, verkun og framleiðsla verður staðbundnari.

Tvöföldun á fimm ára fresti

Samkvæmt greiningum BNEF þá mun framleiðslan tvöfaldast á næstu 5 árum. Á þessu tímabili má vænta að efnablöndur verða fullkomnari, nýtingin betri og framleiðsluferlið sjálfvirkara. Á tímabilinu 2010 til 2020 féll verð á rafhlöðum per kílówattstund um 89%.

Það sem knýr aukna eftirspurn eru aukinn hlutur rafbíla og hlutur bifreiða í samgöngum og flutningum um víða veröld. Eins og staðan er í dag, miðað við forsendur um stærð rafhlöðupakkninga í hverjum bíl, þróun á tækni og tilkynnt áform um nýjar námur, verksmiðjur o.s.fv. áætlar Benchmark Minerals að árið 2025 verði framleiddir 13,9 til 15,4 milljón rafbílar. Til viðmiðunar þá eru upp undir 100 milljón fólksbílar framleiddir á ári. Árið 2025 er einnig gert ráð fyrir að rafbílar hafi lækkað niður fyrir brunabíla í verði, jafnvel án ívilnana.

Það sem sem mun hafa einna mest áhrif á eftirspurn eftir rafhlöðum er tímalína brunabílabanna, kröfur Evrópusambandsins á framleiðendur, regluverkið í Kína, uppbygging á framboðshliðinni og stefnubreyting Joe Biden stjórnarinnar. Volvo gerir ráð fyrir að framleiða einungis rafbíla árið 2030.

Námur, hreinsun og verkun

Lithium, eitt mikilvægasta efnið í nútíma rafhlöðum, er ekki sjaldgæft þó því sé stundum haldið fram. Það er hinsvegar ekki gefið að pólitískar, land- eða jarðfræðilegar aðstæður séu þannig að það svari kostnaði að grafa eftir lithium við ásættanlega hagkvæmni og öryggi. Þessvegna heldur leitin að bestu námunum áfram um allan heim.

Algengustu spurningunum um lithium er svarað í fyrsta hluta þessa viðtals, við höfund hinnar ágætu bókar Bottled Lightning:

INSKEEP: So where does the lithium come from? 

Mr. FLETCHER: Most of it right now comes from South America. There's this -the so-called lithium triangle is in this high-altitude desert region in the Andes. It's where Bolivia, Chile and Argentina meet, this beautiful, desolate area, and there are a series of dried-up, ancient salt lakes. And over the years, water has absorbed minerals and settled in these giant salt sponges, and now there's this rich brine. 

And so companies just basically take it and pipe it into these pools, leave it to evaporate until it concentrates, and then when it's about six percent lithium, it's this olive oil-like substance, kind of glows chartreuse green. They just pipe it into tanker trucks, haul it down to the Pacific coast and process it into lithium carbonate, which is this white powder. 

INSKEEP: Is there enough lithium? I mean, if you think in terms of millions of cars instead of thousands of cars powered by these batteries, is there enough to go around? 

Mr. FLETCHER: Yeah. For the foreseeable future, there is plenty to go around. In fact, for the next 10 years, there will probably be an oversupply of lithium, because so many companies have now moved into the market. 

INSKEEP: Here's another question about lithium: Is it really good for the environment, all the way through the process, including the mining process at the beginning? 

Mr. FLETCHER: It's about as low-impact as mining can get. You know, I went down to Chile to see these - and Bolivia to see the place, but Chile is really where the main operations are. They really just are pumping water up. They build these pools out of salt. They just bulldoze salt dams, lay down plastic lining so it doesn't leak back into the solar(ph), then they evaporate it, then they process it. And there are really no toxic chemicals in a lithium-ion battery. It's a very environmentally benign process.

Það er í seinni skrefum framleiðslunnar sem losun gróðurhúsalofttegunda og umhverfisspjöll koma til sögunnar; í hreinsun þar sem lithium og önnur efni eru dregin út úr steinum. Til að draga úr losun, orkuþörf eða einfaldlega til að fá betri nýtingu út úr óunnum stein eða salti freista þess nokkrir aðilar, þ.á.m. Tesla, að nota t.d. raforku til að „grilla“ lithium stein (e. spodumene) í stað þess að baka og baða steininn í sýru til að ná efninu tæru eins og gert er í Kína í dag. Ferli með mikla raforkuþörf gæti hentað vel fyrir verksmiðjur á Íslandi þar sem um orkufrekt ferli er að ræða — ef þetta ferli sannar sig og kemst af tilraunastigi. Einnig eru í gangi tilraunir með leir. Spennandi verður að sjá hvar framfarir í verkun þessara efna verða í framtíðinni.

Dæmin um framþróun á vinnslu þessara efna eru út um allt. Framleiðsluferli fyrir anóður í Kína nýta ofna sem losa talsvert af gróðurhúsalofttegundum. Elkem greindi nýverið frá framleiðsluaðferð á graphite anóðu þar sem losun var 90% minni þar sem stuðst er við hreint raforkukerfi í Noregi. Allt skiptir þetta máli og dregur úr heildarlosun við framleiðslu á rafhlöðum.

Hvaðan sem frumefnin koma þá er ljóst að tvöföldun á fimm ára fresti mun reyna á alla hluti virðiskeðjunnar. Nú þegar á þessu ári hafa verð á lithium og cobalt hækkað verulega. Framleiðslugetan verður háð þeim flöskuhálsi sem myndast hverju sinni. Eitt árið munum við sjá skort á hráefni og annað árið vöntun á gígasmiðjum sem framleiða rafhlöðurnar og pakkningarnar.

Hver er losunin?

Margar rannsóknir hafa verið gerðar til að meta losun gróðurhúsalofttegunda í framleiðslu á rafhlöðum. Þessi losun skiptir miklu þar sem þær geta verið allt að 40% af þyngd ökutækis (mörg hundruð kg.) og yfir helmingur af heildarlosun framleiðslu ökutækisins. Staðsetning verksmiðju skiptir miklu þar sem losun af notkun raforku er misjöfn eftir orkugjöfum raforkukerfisins. Ef stuðst er við hreina blöndu af orkugjöfum fyrir raforku er losunin um 56 kgCO2/kWh. Í dag er losunin í Kínverskum rafhlöðum 110 kgCO2/kWh þar sem mikill hluti raforku er enn knúin kolaverum.

Ef miðað er við rafhlöðu fyrir vinsælasta rafbílinn, Tesla Model 3, með 74 kWh rafhlöðu, og framleiðslu í Kína, þá er heildarlosun 8,2 tCO2. Með hreinu rafmagni, t.d. á Íslandi, væri framleiðslan ekki nema helmingurinn af því.

Á árunum 2018 til dagsins í dag (11. mars 2021) voru fluttir inn 4.719 hreinir rafbílar til landsins. Vegið meðaltal á rýmd rafhlöðu þar sem tekið er tillit til fjölda bifreiða er 57,4 kWh. Ef við skoðun hinsvegar tímabilið 2020 til dagsins í dag þá eru 2.880 skráðir rafbílar á tímabilinu og meðalrýmd rafhlöðunnar er komin í 61,4 kWh.

Heimildir: Samgöngustofa, www.veldurafbil.is - mitt Google Sheets skjal

Búast má við því að meðalrýmd rafhlaða aukist eitthvað áfram eftir því sem rafknúnir jeppar og aðrir flokkar stærri rafknúinna ökutækja koma á markað. Ef meðalrýmd pakkningar nær jafnvægi í 70 kWh er meðaltal losunar við framleiðslu á rafhlöðu hvers bíls 5,3 tCO2 — cirka fjögur flug fram og til baka frá Keflavík til New York (1,35 tCO2) fyrir farþega í economy sæti.

Á transportenvironment.com er vönduð reiknivél með uppfærðum forsendum þar sem hægt er að bera saman mismunandi tegundir bifreiða, raforkukerfi og uppruna rafhlöðu.

Þó losun sé um 35% hærri í framleiðslu á rafbíl (60 kWh), þá er sambærilegur diesel bíll strax á fyrsta ári búinn að taka framúr rafbílnum í losun þar sem 87% af losun á líftíma diesel bifreiðar er í akstri.

Möguleikar fyrir Ísland

Kappsmál er að koma upp framleiðslugetu á rafhlöðum á svæðum með endurnýjanlegar orkulindir. Ísland er eitt af þeim svæðum og hér er leitað logandi ljósi að nýrri tegund kaupanda á raforku. Það væri ekki verra að fanga iðnað á broddi þekkingaröflunar frekar en iðnað þar sem tækniframfarir hafa fyrir löngu staðnað. Við eigum afburða vísindafólk á sviði rafhlöðurannsókna og ákveðnir rafbílaframleiðendur munu borga „premium“ fyrir hreinni virðiskeðju.

Svíþjóð, Noregur, Finnland, Bandaríkin og Bretland (2) hafa hver um sig tekið stór skref í að móta iðnaðarstefnu þar sem rafhlöðuframleiðsla spilar lykilhlutverk.

Fyrir Ísland eru tækifæri í grunnrannsóknum, orkufrekum ferlum í katóðum og anóðum, hreinsun á hráefnum og síðar meir framleiðslu á solid state rafhlöðum sem er öruggara að flytja á milli landa en rafhlöðurnar sem framleiddar eru í dag.

Þórdís Kolbrún Reykfjörð Gylfadóttir sagði á Iðnþingi 4. mars:

Við ætlum ekki að koma með fyrirskipun að ofan um það í hverju við ætlum að vera góð, bara að við ætlum að vera betri. Við ætlum ekki að koma með fyrirskipun að ofan um það hvert nákvæmlega við ætlum að hlaupa, en við ætlum að hlaupa hraðar.

Til að byggja upp nýjan iðnað þurfa stjórnvöld að falla frá þessari stefnu að vilja ekki vísa veginn. Í skjóli þessa stefnuleysis hreiðra rótgrónir geirar um sig, verða góðu vanir og hætta að fjárfesta nema til að viðhalda stöðu sinni. Nýr og spennandi grænn iðnaður fellur þá í skaut þeirra þjóða sem bera sig eftir björginni.

Ítarefni

Thunder gott viðtal BNEF við Jonathan Evans um virðiskeðjuna

Vivas, og Simon Moores hjá Benchmark Minerals

Auke Hoekstra, mjög góður greinandi, duglegur að hrekja blaðaumfjallanir sem styðjast við úreldar forsendur um losun rafbíla.

James Frith hjá BNEF

Intercalation Station, flott Substack fréttabréf um rafhlöður

Anna B Gunnarsdóttir

Joe Lowry stofnandi Global Lithium'

NYTimes með sjónræna framsetningu á þróun samsetningu bílaflota

Loading more posts…