Elbil starter bakerst i kappløpet

Det høye tallet for elbilene skyldes særlig batteripakkene, som består av litium- ion-batterier. De inneholder råstoffer som kobber, kobolt og nikkel, som må blandes for å kunne lede strøm optimalt.

Særlig produksjonen av den ene av de to elektrodene i battericellene – minuspolen, det vil si katoden – krever store mengder strøm.

Prosessen foregår ved at nikkel, mangan og kobolt blir varmet opp til over 1000 grader celsius i mer enn tolv timer for å gjøre om og forbinde materialene til et pulver som brukes i katoden.

Metoden kalles kalsinering og er den viktigste grunnen til at produksjonen av elbiler slipper ut mye CO2. Volkswagen mener for eksempel at batteriene utgjør omkring 40 prosent av CO2-utslippene i produksjonen av sine elbiler.

Nye batterifabrikker som Teslas Gigafactory i Nevada skal etter planen kunne produsere litium-ion-batterier til elbiler drevet av strøm fra fornybare energikilder, slik at CO2-utslippet fra produksjonen ender på null.

Men før denne klimavennlige produksjonen av elbilbatterier er rullet ut i stor skala, må elbileieren akseptere at bensin- og dieselbiler har et forsprang på elektriske kjøretøyer i klimaregnskapet.

Samtidig går utvinningen av materialene til elbilenes batterier ofte hardt utover miljøet. Et eksempel er litium, som utvinnes i store vannreservoarer i Kina og Sør-Amerika ved en prosess som drenerer enorme mengder vann fra lokalområdene.

Ifølge professor Jeff Dahn ved det kjemiske instituttet ved det kanadiske Dalhousie University blir det brukt over sju kilo litium i en standardelbil, og forskere estimerer at opp mot to millioner liter vann blir brukt for hvert kilo litium som blir utvunnet.

Elbil vinner på veiene

Jo lenger en elbil kjører, jo mer tipper regnskapet imidlertid over i elbilens favør. Bensinbiler fungerer helt annerledes enn elbiler.

I den klassiske forbrenningsmotoren blir bensin blandet med luft i en forgasser, før det blir sugd inn til sylinderne. Her kommer blandingen under press og blir antent av en gnist fra en tennplugg.

Den eksplosjonen av energi får motorens aksling til å rotere. En forbrenningsmotor må altså øke ytelsen før den kan levere maksimalt. I en elbil er elektrisk energi lagret i batteripakker og får via elektromagnetisk kraft motorens aksling til å rotere.

En elbil kan trekke ut strømmen med det samme og har større framdrift fra start.

Siden kjøretøyet ikke slipper ut CO2, er det bare et spørsmål om tid før fossilbilenes CO2-forbruk passerer elbilens. Likevel kan ikke forskerne angi et presist antall kjørte kilometer for når det skjer.

Professor Jeremy Michalek står i spissen for Vehicle Electrification Group ved Carnegie Mellon University i USA og har forsket på de faktorene som påvirker en elbils klimaregnskap under kjøringen sammenlignet med hybrid-, bensin- og dieselbiler.

Gruppens resultater viser at både kjøremønstre, regional strømproduksjon, klima og bilens design har betydning for elbilers klimaavtrykk. De minste utslippene av CO2 oppnås hvis elbilene kjører i byen i et mildt klima med kullfri strømproduksjon.

Svart strøm koster i regnskapet

I 2019 utga den tyske bilistforeningen ADAC en studie som viste at elbilenes klimavennlighet i høy grad er avhengig av hvordan strømmen produseres.

Med strøm fra 100 prosent fornybar energi vil en elbil bli mer klimavennlig enn en tilsvarende dieselbil allerede etter 40 500 kilometer på veien, mens det først skjer etter 219 000 kilometer hvis strømmen er produsert med en stor andel av kull.

For bensinbiler er tallene henholdsvis 37 500 kilometer og 127 500 kilometer. Dermed er svaret på om elbiler er mer klimavennlig, komplisert, men blir litt lettere hvis det begrenses til EU-landene.

«Basert på analyser av utslipp er svaret generelt sett ja», sier James Dixon. Ingeniøren understreker at beregningen av selve bilens produksjon, inkludert til batteriet, ikke inngår i vurderingen.

Beregningene hans støttes av forskning fra EU-kommisjonens interne forskningssenter fra 2018, som viser at utslippene av drivhusgasser fra elbiler gjennomsnittlig har blitt redusert med 50–60 prosent i de 27 EU-medlemslandene sammenlignet med fossilbiler.

Men er det en Hyundai Ioniq, en Nissan Leaf eller en annen elbil som er den mest klimavennlige som er å få kjøpt i 2020? Det kan forskerne fortsatt ikke gi et enkelt svar på fordi så mange faktorer spiller inn på det samlede utslippet av CO2.

Ifølge professor og maskiningeniør Jeremy Michalek er det samlede klimaregnskapet i høy grad avhengig av hvordan strømnettet reagerer når tusenvis av elbiler kobles til ladestasjonene.

Det er nemlig ikke mulig å øke produksjonen av sol- eller vindenergi for å levere mer strøm til elbiler, på samme måte som det er mulig å skru opp strømproduksjonen på et kullkraftverk.

Det er med andre ord grenser for hvor mye energi hver vindmølle kan trekke ut av vinden. Derfor krever en 100 prosent grønn ladestrøm teknologi til å lagre overskuddsstrøm fra sol og vind, slik at den kan brukes på andre tidspunkt, og den teknologien er fortsatt ikke klar.

Forbedringer av teknologien bak litium- ion-batteriene kan til gjengjeld være på trappene og gi batteriet både lengre rekkevidde og levetid.

Et av de mest lovende forsøkene består i å tilføre silisium, som er kjent fra databrikker, til batteriets andre elektrode, anoden, som i dag typisk er produsert av karbon.

For eksempel arbeider BMW sammen med bedriften Sila Nano om å lage litium-ion-batterier med silisiumanoder. Det kan ifølge bedriften potensielt øke kapasiteten med minst 20 prosent, fordi silisium kan binde større mengder litium-ioner enn karbon og dermed gi batteriet større kapasitet.

Ifølge Sila Nano krever bedriftens silisiummateriale ikke noen større endringer i produksjonen av batteriene fordi det tilsettes i løpet av den normale produksjonen av anoden.

Samtidig kan anoden gjøres mer kompakt i størrelsen, noe som betyr at det blir raskere å lade opp batteriet.

Biler bør kunne lade på ti minutter

Batteriene i de elbilene som allerede er på veiene, kan også gjøres grønnere ved å skru opp gjenbruket av materialer i batteriet.

I dag er gjenbruk for dyrt, fordi det fortsatt ikke er nok elbiler som er klare til skroting. Men med en typisk levetid på åtte–ti år varer det ikke lenge før det kan lønne seg å plukke ut for eksempel litium av gamle batterier og gjenbruke det.

Forskere fra NTNU i Trondheim har planer om å utvinne alt litium fra elbilbatteriene ved metoden hydrometallurgi.

Til formålet skal det bygges et anlegg som også kan gjenbruke andre av materialene i elbilens batterier, som nikkel og kobolt. Det skal stå klart i 2027.

Dessuten arbeider flere batteriprodusenter for å finne opp katodematerialer som helt eller delvis kan erstatte kobolt for å minimere bruken av det grå, sølvskimrende råstoffet i batteriproduksjonen.

Elbilene kan dessuten tilpasses til å bli ladet opp på tider av døgnet da det ikke er høybelastning, forteller James Dixon.

I Storbritannia er den typiske bilen parkert 96 prosent av tiden, og det gir nye muligheter for å utnytte for eksempel sol- og vindenergi på en bedre måte.

Oppladningen av elbilene kan gjøres fleksibel ved å flytte etterspørselen etter ladning til de tidspunktene da det er overskudd av strøm fra fornybare energikilder som vind og sol.

Dermed kan elbiler bidra til å utnytte den typen energikilder bedre. En annen akilleshæl ved elbiler har vært selve ladningen. Mens en bensin- eller dieselbil kan tankes opp på et øyeblikk, tar det ifølge elbilforeningen FDEL om lag 30 minutter å lade opp en elbil til å kjøre i omtrent 300 kilometer.

Men det holder på å endre seg: Forskere fra Penn State University i USA har utviklet en metode som gjør at det tar ti minutter å lade opp batteriet nok til å tilbakelegge over 400 kilometer.

Dermed er det ikke bare elbilenes kjappe akselerasjon som framover vil gjøre det attraktivt å investere i de lydløse, batteridrevne kjøretøyene.