Elbilen ligger långt bak i klimatracet

Den höga siffran för elbilen beror framför allt på batteripaketet, som består av litiumjon-batterier. De innehåller råämnen som koppar, kobolt och nickel, som måste blandas för att kunna leda ström.

I synnerhet tillverkningen av den ena av battericellernas två elektroder, minuspolen (eller katoden), kräver stora mängder el.

Processen går till så att nickel, mangan och kobolt värms upp till över tusen grader i drygt tolv timmar, detta för att materialen ska omvandlas och binda till ett pulver som används i katoden.

Denna metod, kalcinering, är huvudorsaken till att produktionen av elbilar medför stora koldioxidutsläpp. Volkswagen bedömer till exempel att batterierna utgör cirka 40 procent av koldioxid­utsläppen vid produktionen av deras elbilar.

Enligt planerna ska nya batterifabriker som Teslas Gigafactory i Nevada, USA, kunna framställa litiumjonbatterier till elbilar drivna av el från hållbara energikällor, allt för att produktionens koldioxidutsläpp ska nå ner till noll.

Men innan den klimatvänliga produktionen av elbilsbatterier kan ske i stor skala tvingas elbilsägarna acceptera att deras fordon har ett sämre utgångsläge i klimat­räkenskapen än diesel- och bensin-bilar.

Samtidigt går utvinningen av materialen till elbilarnas batterier ofta hårt åt miljön. Ett exempel på det är litium, som utvinns i stora vattenreservoarer i Kina och Sydamerika i en process som kräver enorma mängder vatten.

Enligt professor Jeff Dahn vid institutionen för kemi vid Dalhousie University i Kanada behövs normalt över sju kilo litium till en elbil, och forskarna uppskattar att det går åt närmare två miljoner liter vatten för varje kilo litium som utvinns.

Elbilen vinner i det långa loppet

Ju längre en elbil kör, desto mer tippar räkenskapen över i elbilens favör. Bensin­bilar är byggda och fungerar på ett helt annat sätt än elbilar.

I den klassiska förbränningsmotorn blandas bensin med luft i en förgasare innan den sugs in i cylindrarna. Där utsätts blandningen för tryck och an­tänds av en gnista från ett tändstift.

Den explosion av energi som uppstår får motorns axel att rotera. En förbränningsmotor måste därmed öka energiutvecklingen innan den kan leverera maximalt.

I en elbil lagras elektrisk energi i batteripaket och får motorns axel att vridas genom elektromagnetisk kraft.

En elbil utvinner elen direkt och har därmed mer energi från första början.

Eftersom ett elfordon inte släpper ut någon koldioxid vid körningen är det bara en tidsfråga innan fossilbilens koldioxid­avtryck överstiger elbilens koldioxidavtryck.

Forskarna kan dock inte ange det exakta antalet kilometer då detta sker. Professor Jeremy Michalek, som är chef för Vehicle Electrification Group vid Carnegie Mellon University i USA, har forskat på de faktorer som påverkar elbilars klimaträkenskaper vid körning och jämfört dem med hybrid-, bensin- och dieselbilar.

Gruppens resultat visar att körmönster, regional elproduktion, klimat och bilens utformning är faktorer som påverkar klimatavtrycket.

Lägst utsläpp av koldioxid uppnås om elbilarna kör i en stad i ett milt klimat med antingen ingen eller bara lite kol i elproduktionen.

Svart el ökar klimatavtrycket

År 2019 publicerade den tyska bilägarorganisationen Adac en studie som visade att elbilarnas klimatvänlighet i hög grad beror på hur elen produceras.

Med el från hundra procent hållbar energi (grön el) blir elbilen klimatvänligare än en motsvarande dieseldriven bil redan efter 4 050 mil på vägarna, medan det först sker efter 21 900 mil om elen produceras med en stor andel kol (svart el).

För bensinbilar är siffrorna 3 750 respektive 12 750 mil. Därmed är det inte helt lätt att svara på frågan om elbilar är klimatvänliga, men det blir något enklare om det begränsas till EU-länderna.

”Baserat på analyser av utsläpp är svaret i allmänhet ja”, säger James Dixon, som under­stryker att beräkningen av bilens tillverkning, däribland batteriet, inte ingår.

Hans beräkningar får stöd av forskning som gjordes vid EU-kommissionens forskningscentrum år 2018. Den visar att utsläppen av växthusgaser från elbilar har minskat med i genomsnitt 50–60 procent i EU:s 27 medlemsländer jämfört med fossildrivna bilar.

Är det då en Hyundai Ioniq, en Nissan Leaf eller någon annan elbil som är klimatvänligast att köpa år 2020? Eftersom det är så många faktorer som påverkar det totala koldioxidutsläppet kan forskarna fortfarande inte ge något entydigt svar på den frågan.

Enligt professorn och maskiningenjören Jeremy Michalek påverkas klimaträkenskapen i hög grad av vad som sker när tusentals elbilar ansluts till laddningsstationerna.

Det går nämligen inte att öka produktionen av sol- eller vindenergi för att ge mer el till elbilar på samma sätt som det går att öka ett kolkraftverks elproduktion.

Det finns med and­ra ord gränser för hur mycket energi varje vindkraftverk kan utvinna ur vinden.

Därför kräver en helt igenom grön el tekniker för att lagra överskottsel från sol och vind, så att den kan användas vid andra tidpunkter. Den tekniken finns ännu inte.

Förbättringar av tekniken bakom litiumjonbatterierna kan dock vara på gång, vilket kommer att ge batteriet både längre räckvidd och livslängd.

Ett av de mest hoppingivande försöken är att tillföra kisel, som används i datorchip, till batteriets andra elektrod (anoden) som i dag oftast framställs av kol.

BMW samarbetar med företaget Sila Nano om att tillverka litiumjonbatterier med kiselanoder. Det kan enligt Sila Nano öka kapaciteten med minst 20 procent, eftersom kisel binder större mängder litiumjoner än kol och därmed ökar batteriets kapacitet.

Enligt Sila Nano kräver kiselmaterialet inga större föränd­ringar av produktionen av batterierna då det tillsätts i samband med den normala framställningen av anoden.

Samtidigt kan anoden göras mindre, vilket innebär att det går fortare att ladda batteriet.

Bilar ska laddas på tio minuter

Batterierna i redan existerande elbilar kan också göras mer miljövänliga genom att man ökar återanvändningen av de olika materialen i dem.

Med tanke på att det i dag inte finns särskilt många skrot­färdiga elbilar är återvinningen för dyr. Med en förväntad livslängd på åtta–tio år dröjer det dock inte länge förrän det kan löna sig att återvinna exempelvis litium ur gamla batterier.

Forskare vid Norges teknisk-naturvetenskapliga universitet i Trondheim planerar att återvinna allt litium i elbilsbatterier genom metoden hydro­metallurgi.

I detta syfte ska man bygga en anläggning år 2027, som förutom litium även kan återvinna annat i elbilsbatterier, till exempel nickel och kobolt.

Dessutom arbetar flera batteritillverkare med att uppfinna katodmaterial som helt eller delvis kan ersätta kobolt för att minimera använd­ningen av det grå, silverglänsande grund­ämnet i batteriproduktionen.

Elbilarna kan även anpassas till att laddas vid tidpunkter på dygnet då det är låg belastning, enligt James Dixon.

I Storbritannien står en bil normalt parkerad 96 procent av tiden, vilket gör det möjligt att utnyttja sol- och vindenergi på ett bättre sätt.

Laddningen av elbilarna kan göras mer flexibel genom att man flyttar efterfrågan på el till tidpunkter då det finns ett överskott från hållbara energikällor som vind och sol.

Då kan elbilarna bidra till att utnyttja den typen av energikällor på ett bättre sätt. Laddningen är en annan nackdel med elbilarna. Medan en bensin- eller diesel­bil kan tankas på ett kick tar det enligt den danska elbilsföreningen FDEL cirka en halvtimme att ladda en elbil för 30 mils körning.

Men det håller på att förändras. Forskare vid Penn State University i USA har utvecklat en metod som gör att det bara tar tio minuter att ladda batteriet för drygt 40 mils körning.

Därmed är det potentiellt inte bara elbilarnas snabba acceleration som framöver kommer att göra det intressant att investera i dessa tystgående och batteridrivna fordon.