– For å unngå batteri-krise bør flere dele på små elbiler

Skal vi greie å lage batterier nok til alle elbilene som innen få år skal rulle rundt på veiene, trengs enorme mengder metaller som kobolt, nikkel, mangan, aluminium og kobber.

Særlig tilgangen på nøkkelstoffet litium, som inngår i alle batterityper, er kritisk.

Etterspørselen må ned

Det finnes enorme mengder litium i verden. Bildet er fra saltørkenen Salinas Grandes i Argentina, som er verdens fjerde største litium-produsent. Forskere ved NTNU anbefaler økt satsing på utvinning, og strømlinjeforming av utvikling av nye litium-gruver, også innenfor EU. Foto: Colourbox. VIS MER

– At det blir knapphet på litium virker veldig sannsynlig. Nøkkelen ligger i etterspørselen. Skal vi unngå langvarige problemer med forsyningen, må etterspørselen ned.

Det sier stipendiat Fernando Aguilar Lopez, som forsker på globale material-kretsløp ved NTNU Institutt for energi- og prosessteknikk.

Globalt finnes det store forekomster av dette superlette, sølvhvite stoffet. Problemet er at det ikke utvinnes raskt nok til å holde tritt med etterspørselen etter litium-ionbatterier (LIB) for elektriske kjøretøy. 

Vi er på vei inn i forsyningskrise og flaskehalser som kan vare i flere tiår.

Matilda regner på ressursbruk

Stipendiat Fernando Aguilar Lopez, Institutt for energi og prosessteknikk, NTNU VIS MER

Fernando Aguilar Lopez er ekspert på råstoffers ferd fra de utvinnes og produseres, til de går inn i nye produkter, brukes, og til slutt kastes. Sammen med professor Daniel B. Müller og postdoktor Romain Guillame Billy, har han utviklet en modell som analyserer materialstrømmer. 

Modellen hjelper oss til å forstå mer av ressursbruken i fremstilling av batterier, og hvorfor tilgangen på visse råstoffer blir kritisk. Den kan også beregne effekten av resirkulering og gjenbruk, bytting av deler som forlenger bilenes levetid og andre tiltak som kan få ned etterspørselen etter råstoff.

Forskningen og modellen, som de har kalt MATILDA (MATerIaL Demand and Availability), ble nylig publisert i tidsskriftet «Resources, Conservation & Recycling».

Den mest omfattende modellen

Professor Daniel B. Müller VIS MER

Professor Daniel B. Müller leder forskningsgruppen for industriell økologi. Han sier at helhetlig tilnærming til tilgang på råstoff nå er helt nødvendig. Så langt er MATILDA den mest omfattende modellen for å beregne ressursene som kreves til batteriene i den globale elbilparken, ifølge Müller.

Professoren mener verktøy som dette kan være avgjørende for å håndtere og sikre kritisk råvareforsyning

Undersøkte over 8 000 scenarier

Forskerne har undersøkt over 8 000 ulike scenarier for å forstå de viktigste driverne for etterspørselen.

Sitter du på en PC eller MAC og har lyst til å dukke ned i detaljene?
Med dette interaktive verktøyet for den globale litium ion-batteri-etterspørselen for elbiler kan du teste ulike scenarier og sjekke ressursbruken for de ni materialene forskerne har undersøkt.

De mest effektive grepene for å sikre både råstofftilgang, bærekraft og klimamål er, ifølge NTNU-forskerne, sosiale og dyptgripende samfunnsendringer

Flere bør dele på mindre elbiler

Vi trenger mindre og lettere elbiler på veiene, ikke større og tyngre, mener forskere. Foto: Shutterstock, NTB VIS MER

For å unngå for stort press på enkelte metaller trenger vi satsing på et bredere spekter av nye batteri-teknologier, mener forskerne. Vi trenger heller ikke flere, større og tyngre elbiler. Tvert imot, flere av oss bør dele på mindre biler med små batteripakker.

– Å forlenge levetiden til kjøretøy og batterier ved å legge mer til rette for gjenbruk og utskifting vil også være avgjørende for få etterspørselen etter råstoff ned, sier Aguilar Lopez.

Les også: Hverdagen din er avhengig av stoffer du knapt nok har hørt om
Les mer: Behovet for sjeldne mineraler og metaller gir oss et miljødilemma

Problemer flytter på seg

Om vi senker etterspørselen etter noen metaller, kan presset på andre øke. MATILDA viser hva som skjer når slike problemskifter oppstår mellom kobolt, nikkel og litium. Modellen beregner også alternative måter å løse dette på.

Ifølge forskerne kan problemskifter bli kritisk dersom mange store aktører går over til en ny teknologi samtidig. Ett eksempel er utviklingen av litiumjernfosfat-batterier (LFP).

Batterier kan påvirke matprisene

For et par år siden, erklærte fabrikanter som Volkswagen, Volvo og Tesla at de ville ta i bruk denne batteritypen. Fordelen med dem er at de ikke inneholder problematiske og kostbare stoffer som kobolt og nikkel.

Ulempen er at de krever mye fosfor, som er et viktig råstoff for gjødselindustrien.

Hvis mange tar den nye LFP-teknologien i bruk samtidig, vil etterspørselen øke og prisene skyte i været. Det igjen, kan ramme småbønder hardt og matvareprisene vil bli høyere.

Resirkulering virker ikke på kort sikt

Når vi ikke oppmuntres til å velge å gjenvinne går metallene sannsynligvis tapt – på bekostning av miljøet, Foto: Shutterstock, NTB Scanpix VIS MER

Resirkulering og gjenvinning av bilbatterier løftes ofte frem som en løsning på råstoff-problemet. Heller ikke det vil ikke hjelpe det nærmeste tiåret. Det er fordi elbilene våre fortsatt er såpass nye at ikke det kommer mange nok til gjenvinning før om 10-15 år. 

MATILDA-modellen viser at primæretterspørselen kan reduseres, hvis vi greier å resirkulere litium, aluminium, mangan og fosfor mer effektivt. I dag er det ikke lønnsomt å gjenvinne disse materialene, og de er ikke omfattet i det siste batteri-regulativet fra EU.

Les også: Nå skal litium også resirkuleres

Forlenget levetid kan bli avgjørende

Og når vi ikke oppmuntres til å velge å gjenvinne går metallene sannsynligvis tapt – på bekostning av miljøet, ifølge Fernando Aguilar Lopez

Stipendiaten trekker også fram at EU-reguleringen kun retter seg mot tilbudssiden, og ignorerer etterspørselen. Dette betyr at systemet ikke aktivt oppmuntrer oss til å gjøre nødvendige endringer.

Full fart – inn i flaskehalsen

I USA spås halvparten av nybilsalget å være elektrisk innen 2030. President Joe Biden har også utstedt en president-ordre om det. I EU skal alle nysalg være elbiler innen 2035.

Flere bilfabrikanter har sagt at de vil greie overgangen flere år før denne tidsfristen.

Det betyr at om vi ikke gjør tiltak for å øke tilgangen på råstoff til de nye batteriene, er vi på full fart inn i flaskehalsen.

Større biler – og batterier

Forskerne mener mye tyder på at færre trenger å eie sin egen bil, og at flere av oss fint kan dele på mindre og lettere kjøretøy. Foto: Shutterstock/NTB VIS MER

Samtidig: Denne rapporten fra den amerikanske tenketanken The Climate and Community Project viser at en gjennomsnitts batteripakke i USA er tre ganger større i dag, enn da den første kommersielle Nissan Leaf rullet på amerikanske veier for rundt 10 år siden.

– Vi kjører altså rundt i stadig større og tyngre biler, med svære batteripakker. Samtidig bruker vi faktisk bilen aktivt i bare 5 prosent av tiden. Resten av tiden står den parkert. Til daglig er det bare noen få av oss som kjører lenger enn 45 kilometer, sier Aguilar Lopez.

Smått er godt?

Forskerne mener mye tyder på at færre trenger å eie sin egen bil, og at flere av oss fint kan dele på mindre og lettere kjøretøy.  Med andre ord, vi trenger flere 30-40 kwh Nissan Leaf-batterier på veiene, i stedet for 60-100 kwh batteripakkene vi finner i de fleste Teslaer og SUV-er.

– I Norge har politikerne valgt å ikke lenger subsidiere de største og dyreste elbilene. Det er ett eksempel på et kraftfullt tiltak som indirekte favoriserer mindre biler.  Slike grep er viktige, og kan inspirere både enkeltland og EU som helhet, mener stipendiaten.

Trenger mer enn 300 nye gruver

Analyser viser at verden trenger mer enn 300 nye litiumgruver innen 2035 for å holde tritt med etterspørselen. Prisene på metallet har steget med flere hundre prosent på få år. Interessen for utvinning er stor, men mange steder er gruvene omstridt.

Hele 95 prosent av verdens litium-produksjon foregår i fire land: Australia, Chile, Kina og Argentina. Allerede i dag står produsenter av oppladbare batterier for nesten 70 prosent av etterspørselen. Bildet er fra et utvinningsanlegg i Western Australia. Foto: Jason Benz Bennee / Shutterstock / NTB VIS MER

Det nyeste litiumgruven i Europa åpnet for 10 år siden. Enkelte studier viser at det kan ta opptil 20 år å sette en ny i drift. Mange prosjekter mislykkes, og legges ned.

– Det krever mange steg og ofte tunge prosesser. Ideelt sett skulle vi begynt å forberede oss på denne situasjonen for 20 år siden, sier Aguilar Lopez.

All elektrifisering krever råstoff

Og som om det ikke var nok dårlig nytt: Den nye studien fra NTNU tar bare for seg ressursbruken for private elbiler. Men også busser, ferjer, skip og andre store fartøy elektrifiseres nå.

I tillegg kommer maskiner og utstyr. Ifølge professor Daniel B. Müller, går for eksempel hele gruveindustrien nå mot elektrifisering og automatisering.

Dermed øker etterspørselen og presset på de verdifulle råstoffene.

 – Å nå elbil-målene satt av EU og enkeltland kan dermed bli tøft. Noe som igjen vil utgjøre en betydelig trussel mot klimamålene, påpeker forskerne.

Faststoff-batterier må ha mye litium

Utviklingen av nye, svært effektive faststoff- batterier er lovende. Dette er batterier der flytende elektrolytter, som er mest vanlig i dagens batterier, erstattes med fast materiale. Teknologien er temmelig overlegen, men heller ikke disse løser forsyningskrisen.

Tvert imot.

– Faststoff-batteriene kan faktisk gjøre situasjonen verre fordi de krever mer litium per kilowattime. Nesten dobbelt så mye faktisk, ifølge Aguilar Lopez.

Utfordringer i alle retninger

Hydrogen brenselsceller er også godt utviklet. Ulempen er at de er dyre, og vil være langt mer effektive i ferjer og andre tunge fartøy enn i biler.

Litium-frie sodium-ionebatterier er annet, lovende alternativ. De befinner seg på et tidlig forskningsstadium og det vil ta lang tid før de ruller rundt på veiene.

– Uansett hvor vi snur og vender oss, støter vi på utfordringer, sier stipendiaten.

– Lag byer for folk – ikke for biler

– Så, hvilken løsning er den beste for å få oss ut av Litium-knipa?

Flere byer tar grep for å bli grønnere, som Paris. Foto: Colourbox VIS MER

– Vi må begynne å planlegge byer for folk, ikke for biler, svarer Fernando Aguilar Lopez kontant.

– Se på Zürich, Wien, Paris, og Oslo. Det gjøres store og gode grep mange steder nå, for å skape hyggeligere byområder og friste flere til å la bilen stå. Og flere gjør nettopp det. Reguleringer må til – og selvsagt – folk må akseptere dem, sier NTNU-stipendiaten.  

BATMAN foreslår sterke inngrep

Norge var tidlig ute med å elektrifisere bilparken. Dermed forventes det også at vi blir det landet som først får en større mengde bilbatterier som blir tilgjengelige for resirkulering.

Fra 2019 til 2022 deltok NTNU-forskerne i batteri-prosjektet BATMAN. Målet var å sette norske bedrifter i førersetet innen ny batteriutvikling og bærekraftig produksjon.

Basert på hovedfunnene publiserte forskerne flere anbefalinger:

• Tilrettelegging og finansiering av forskning på bredere spekter batteriteknologier, med særlige mål om få til gjennombrudd innen kjemi og praksis for resirkulering.
• Økt satsing på utvinning, og strømlinjeforming av utvikling av nye litium-gruver, også innen EU.
• Oppmuntre til økt bildeling og bedre offentlig transport, for å ta vekk behovet for å eie egen bil.
• Flere små biler med mindre batteripakker.
• Mer utbygd og mer effektiv infrastruktur for lading.
• Legge til rette for resirkulering av alle materialer
• Forlenge biler og batteriers levetid via økt gjenbruk, enklere reparasjon og utskifting av batterier

Referanse:

Aguilar Lopez, F..; Billy, R.G.; Müller, D.B.
Evaluating strategies for managing resource use in lithium-ion batteries for electric vehicles using the global MATILDA model
Journal of Resources, Conservation and Recycling

https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2023.106951

Rådgivingsnotatene fra BATMAN-prosjektet vi refererer til, finner du her:
Policy brief: Reducing the carbon footprint of battery materials – a case of problem shifting?
Policy brief: Towards an EU Battery Regulation 2.0?
Policy brief: Lithium in the EV battery expansion: How bad is the supply constraint?
Policy brief: New EU battery regulation: Enabling sustainable competitiveness?