Hiljainen. Hajuton. Vaihteeton. Sähköauton suosio kasvaa hitaasti mutta varmasti – eikä ainoastaan mahdollisten ostajien, vaan myös poliittisten vaikuttajien keskuudessa.
EU:ssa uusien polttomoottoriautojen myynti loppuu vuoteen 2035 mennessä ja sähköautot asetetaan niiden edelle. Kiina on ilmoittanut, että vuoden 2035 jälkeen maassa saa ajaa vain niin sanotuilla uuden energian autoilla. Ja maailman viidenneksi suurin talous, Kalifornia, vaatii, että kaikki osavaltiossa myytävät autot ovat vuodesta 2035 eteenpäin päästöttömiä.
Linjauksilla on oikeastaan jo varmistettu sähköauton voittokulku kaikkialla.
Fossiiliautot voivat kuitenkin kilpailla yhä menestyksekkäästi markkinaosuuksista toimintamatkansa, ajo-ominaisuuksiensa ja joissain tapauksissa myös ympäristöystävällisyytensä ansiosta.
Kun uusia ilmaston kannalta parempia akkuja kehitetään, latausasemaverkkoja optimoidaan ja materiaalien kierrätystä ja uudelleenkäyttöä lisätään, sähköautot voivat ohittaa polttomoottoriautot teiden valtiaina.
Sähköautossa piilee tietenkin paljon ympäristönsuojelupotentiaalia, mutta ilmastotaseen selvittäminen vaatii tarkkaa hiilidioksidipäästölaskelmaa.
Akut keventävät ilmastokuormaa
Sähköautolla ajetaan päästöttömästi, kun käytetään uusiutuvaa energiaa. Silti voidaan kinata siitä, onko sähköauto käytännössä ympäristöystävällisempi kuin polttomoottoriauto. Syynä on akusto, johon tarvittavien metallien hankinnassa ja käsittelyssä syntyy päästöjä. Mutta kuinka paljon?
Oman luokkansa suosituimmat autot ovat Tesla Model 3 ja Volkswagen Passat.
Tesla Model 3:n valmistuksessa syntyy 19 tonnia hiilidioksidia.
Kun akustoa ei oteta huomioon, Passatin ja Model 3:n valmistuksessa syntyy yhtä paljon hiilidioksidia: noin kymmenen tonnia. Akkujen takia Teslan päästömäärä kuitenkin melkein tuplaantuu – noin 19 tonniksi.
Toisin sanoen polttomoottoriauton tuotanto kuormittaa ilmastoa selvästi vähemmän. Sähköauto tarvitsee siis uudenlaista akkutekniikkaa, ja sitä kehitetään kovaa vauhtia.
Vuonna 2013 Euroopassa myydyistä sähköautoista suosituin oli Nissan Leaf, jonka 24 kilowattitunnin ajoakkua piti ladata tunteja, jotta autolla saattoi ajaa 120 kilometriä. Kapasiteetiltaan noin kaksinkertainen Tesla Model 3:n akusto latautuu nopeammin ja mahdollistaa noin nelinkertaisen toimintamatkan.
Monet autonvalmistajat käyttävät jo nykyään litium-rautafosfaattiakkuja. Niihin ei tarvita kobolttia, jonka tuotantoketju aiheuttaa paljon hiilidioksidipäästöjä, koska ensisijaisena energialähteenä ovat yhä fossiiliset polttoaineet.
Lisäksi kehitteillä on litium-rikkiakku. Se on energiatiheydeltään tavallista suurempi akkutyyppi, jonka ansiosta autosta saadaan kevyempi. Massa vaikuttaa sähköauton kulutukseen.
Kun suhteellisen paljon ympäristöä kuormittavalle litiumille löytyy vaihtoehto, akut kehittyvät valtavin askelin ilmastoystävällisempään suuntaan. Tutkimuskohteena on esimerkiksi tavallinen suola.
Yhdysvaltojen energiaministeriön tutkijat ovat testanneet akkua, jossa ruokasuolana tunnetusta natriumkloridista tutut natriumionit kulkevat elektrodista toiseen ja saavat näin aikaan sähkövirran.
Tutkimuksen mukaan natriumiin perustuva akku voi melkein vastata energiatiheydeltään litiumakkua. Koska natrium voi pidentää akun käyttöikää ja ehkäistä sen itsestään lämpenemistä, riski, että sähköauton akusto syttyy yhtäkkiä palamaan, pienenee. Mahdollisuus huolestuttaa monia.
Uudet materiaalit pienentävät ilmastokuormaa
Sähköautoissa käytettävien akkujen valmistus aiheuttaa päästöjä. On alettu etsiä raaka-aineita ja materiaaleja, jotka kuormittavat vähemmän ilmastoa.
1. Nikkeli korvaa suosikkimetallin
Yhdysvaltalaistutkijat aikovat käyttää akun positiivisessa navassa, katodissa, nikkeliä, koska sen tuotannossa syntyy vähemmän kasvihuonekaasupäästöjä kuin nykyään yleisimmän katodin raaka-aineen, koboltin, hankinnassa ja käsittelyssä.
2. Natrium tekee hyvää ilmastolle
Sähkö virtaa, kun ionit kulkevat akun negatiivisesta navasta positiiviseen napaan. Yhdysvaltojen energiaministeriön kehityshankkeessa akkujen litiumioneille etsitään vaihtoehtoa helpommin saatavasta natriumista.
3. Nanomateriaalia grafiitin sijasta
Akun negatiivinen napa, anodi, kerää ioneja. Kehitteillä on anodi, joka koostuu rautaa, kuparia ja rautaoksidia sisältävästä nanomateriaalista eikä grafiitista. Ratkaisu voi kolminkertaistaa akun kapasiteetin ja viisinkertaistaa sen käyttöiän.
Jos akkujen litium onnistutaan korvaamaan helposti saatavalla aineella, kuten natriumilla, voidaan odottaa, että autotehtaat alkavat vastata kasvavaan kysyntään sähköajoneuvoilla, joiden valmistuksessa syntyy yhtä paljon päästöjä kuin nykyisten polttomoottorimallien tuotannossa.
Sähkömoottori on tehokkaampi
Sähköautolla on mahdollista ajaa käytännössä päästöttömästi. Sen tarvitsema energia täytyy kuitenkin tuottaa – ja sähkö siirtää.
Sähkön tuotantotapa painaa paljon. Jos akusto ladataan vanhasta hiilivoimalasta tulevalla sähköllä, kilowattituntia kohti syntyy noin kilon hiilidioksipäästöt. Sen sijaan käytettäessä tuuli- tai vesivoimaa jokaisen ajossa kuluvan kilowattitunnin ilmastokuorma on nykyään vain noin 11–12 grammaa hiilidioksidia.
Määrä on suunnilleen kolmaskymmenesosa Volkswagen Passatin käyttövoimapäästöistä. Sitä mukaa kuin uusiutuvien energialähteiden, kuten vesi-, tuuli- ja aurinkovoiman, osuus kasvaa, sitä paremmalta sähköautojen ilmastotilinpäätös näyttää.
Osa sähköauton ilmastokuormasta johtuu energian siirrossa syntyvästä häviöstä. Ongelmaan etsitään ratkaisua uusista lataustekniikoista, jotka minimoivat sähköhäviön.
Nykyään lataus sujuu nopeimmin erillisellä laitteella, joka muuttaa verkkovirran jännitteen 480 voltiksi (V), ennen kuin sähkö syötetään akustoon. Järjestelmä painaa yleensä yli tuhat kiloa, ja keskimäärin noin seitsemän prosenttia energiasta häviää latauksena aikana. Yhdysvaltalaisessa Pohjois-Carolinan valtionyliopistossa kehitetään vain 100 kilon painoista keskijännitepikalatausyksikköä (medium-voltage fast charging, MVFC), joka hukkaa vain 2,5 prosenttia energiasta lämpönä.
200 000 ajokilometrin jälkeen kaikki Tesla Model 3:n aiheuttamat hiilidioksidipäästöt ovat 33 prosenttia pienemmät kuin Volkswagen Passatin.
Sen jälkeen, kun akusto on ladattu, sähköauto pääsee näyttämään leijonankyntensä. Sähkömoottori on erittäin hyvä muun muassa siksi, että siinä on vain vähän liikkuvia osia toisin kuin polttomoottorissa. Peräti 94 prosenttia sähkömoottorin kuluttamasta energiasta muuttuu pyörien liikkeeksi. Toisin sanoen ainoastaan kuusi prosenttia energiasta hukkautuu lämpönä. Sen sijaan Volkswagen Passatin moottori hukkaa 60 prosenttia polttoaineensa energiasisällöstä.
Sähköauto ajaa tiellä joka ainoan fossiilisella polttoaineella kulkevan ajoneuvon edelle, kun mittarina on kokonaispäästömäärä.
OPAS: Näin valitset sähköauton
Oletko ajatellut ostaa sähköauton, muttet tiedä vielä, millainen sen pitäisi olla, jotta se palvelee hyvin tarkoitustaan? Kun valitsee sähköautoa, kannattaa kiinnittää huomiota näihin Motivan listaamiin asioihin.
Mitä sitten tapahtuu, kun sähköauto tai sen akusto on tullut tiensä päähän? Tarkastellaan vielä ilmastolaskelman loppuosaa.
Akkujen kierrätys kehittyy
Kun ajokilometrit karttuvat, sähköauto kasvattaa kaulaa polttomoottoriautoon.
Kun Volkswagenilla on ajettu kymmenessä vuodessa 200 000 kilometriä, se on aiheuttanut kaikkiaan 44 tonnin hiilidioksidipäästöt. Teslan vastaava luku on 29 tonnia. Ero on suunnilleen 33 prosenttia.
Lopputulos olisi varmasti erilainen, jos laskelma tehtäisiin näihin aikoihin valmistuvalle sähköautolle. Koska uusiutuvien energialähteiden, kuten tuuli- ja aurinkovoiman, osuus kasvaa, sähköntuotannossa syntyvät päästöt pienenevät. Sillä, että sähköä tuotetaan vähemmän esimerkiksi polttamalla kivihiiltä, on suuri merkitys.
Toinen tärkeä sähköauton ympäristöystävällisyyteen vaikuttava tekijä on materiaalien kierrätys, joka on osoittautunut ongelmalliseksi. Etenkin akuissa on arvokkaita raaka-aineita, joiden uudelleenkäyttöä kehitetään.
Esimerkiksi käytettyjen akkujen sisältämä litium voidaan ottaa talteen jätteenkäsittelyprosessissa. Akku pitää hajottaa litiumin poistoa varten. Litium erotetaan liuotuksen ja suodatuksen avulla, ja siitä saadaan litiumkarbonaattijauhetta, jota on mahdollista käyttää uuden akun valmistuksessa.
Yhdysvaltalaisen yleishyödyllisen Union of Concerned Scientists -kansalaisjärjestön asiantuntijoiden mukaan vanhoja sähköauton akkuja voidaan usein käyttää uudelleen tai toiseen tarkoitukseen, kun ne eivät ole vahingoittuneet esimerkiksi kolarissa. Alkuperäisestä kapasiteetista voi olla olla jäljellä 80 prosenttia. Toisin sanoen 100 kilowattitunnin akusto voi varastoida 80 kilowattituntia.
Akun sydäntä ei hävitetä
1. Akku rikotaan säpäleiksi
Kuoren muovi-, alumiini- ja teräsosat puretaan, ja akun kennot hajotetaan. Kupari ja koboltti erotetaan ravistusmenetelmällä. Kevyempi litium jatkaa matkaansa lietettynä.
2. Litium suodatetaan
Liete kulkee kammiosuodattimeen, ja suodatuspuristin painaa sen kokoon. Menetelmä erottaa veden ja litiumin muista aineksista. Seos höyrystetään.
3. Syntyy suolaa
Kun lisätään natriumkarbonaattia eli soodaa, litium reagoi sen kanssa ja muodostuu litiumin hiilihapposuolaa, litiumkarbonaattia. Sitä voidaan käyttää uusien akkujen raaka-aineena.
Yhdysvaltalaisen Worcester Polytechnic Instituten tutkijat ovat keksineet keinon erottaa akun katodin aineet toisistaan. Lisäämällä sopivasti tiettyjä metalleja voidaan optimoida aineiden väliset olosuhteet. Tuloksena on akku, joka joissakin tapauksissa toimii paremmin kuin markkinoilla olevat tavalliset akut.
Jos tällaiset keksinnöt lyövät itsensä läpi, sähköauton on helpompi täyttää vihreät ennakko-odotukset.
Koska paine liikenteen vihertämiseen kasvaa kasvamistaan, pitää myös tutkia mahdollisuuksia valmistaa ajoneuvot uusiutuvista ja kierrätettävistä materiaaleista. Alankomaalaisen Eindhovenin teknillisen yliopiston opiskelijat ovat rakentaneet malliksi Luca-nimisen auton. Sen kori perustuu pellavakuituun ja merestä kerättyyn muovijätteeseen.
Lucan matkustamo on sisustettu kotitalousjätteestä valmistetuilla materiaaleilla. Autossa on käytetty myös pakkausten muovia ja kodinkoneiden terästä.
Akut ovat peräisin romutetuista autoista. Auton pintaa ei ole maalattu, vaan väri tulee keltaisesta kuorikalvosta.
Sähköautojen kierrätys voi helpottua. Tietä viitoittaa vuonna 2020 esitelty Luca, joka koostuu pelkästään uusiutuvista ja kierrätetyistä materiaaleista. Sen akut ovat peräisin romutetuista autoista.
Sähköautoja on vastustettu sillä perusteella, että niitä on vaikea valmistaa ja vielä vaikeampi hävittää edullisesti. Suhtautumistapa voi muuttua vähemmän kriittiseksi ympäristöystävällisempien akkujen ja parempien kierrätysmahdollisuuksien myötä.
Kun ongelmat ratkaistaan, sähköautosta tulee kiistattomasti maanteiden ässä.