Elbil starter bagest i klimaræset

Det høje tal for elbilerne skyldes især batteripakkerne, der består af litium-ion-batterier. De indeholder råstoffer som kobber, kobolt og nikkel, der skal blandes for at kunne lede strøm.

Særligt fremstillingen af den ene af battericellernes to elektroder – minuspolen, det vil sige katoden – kræver store mængder strøm.

Processen foregår ved, at nikkel, mangan og kobolt bliver varmet op til over 1000 grader celsius i mere end 12 timer for at omdanne og forbinde materialerne til et pulver, der bruges i katoden.

Metoden kaldes kalcinering og er den væsentligste grund til, at produktionen af elbiler udleder meget CO2. Volkswagen vurderer fx, at batterierne udgør omkring 40 pct. af CO2-udledningen i produktionen af deres elbiler.

Nye batterifabrikker som Teslas Gigafactory i Nevada skal efter planen kunne fremstille litium-ion-batterier til elbiler drevet af strøm fra vedvarende energikilder, så CO2-udledningen fra produktionen ender på et nul.

Men indtil denne klimavenlige produktion af elbilbatterier er rullet ud i stor skala, må elbilejeren acceptere, at eldrevne køretøjer lægger dårligere fra start i klimaregnskabet end diesel- og benzinbiler.

Samtidig går udvindingen af materialerne til elbilernes batterier ofte hårdt ud over miljøet. Et eksempel er litium, der bliver udvundet i store vandreservoirer i Kina og Sydamerika ved en proces, der dræner enorme mængder vand fra lokalområderne.

Ifølge professor Jeff Dahn ved det kemiske institut på det canadiske Dalhousie University bliver der brugt over syv kg litium i en standardelbil, og forskere estimerer, at op imod to millioner liter vand bliver brugt for hvert kg litium, der bliver udvundet.

Elbil vinder på vejene

Jo længere en elbil kører, jo mere tipper regnskabet til gengæld over i elbilens favør. Benzinbiler er konstrueret og fungerer helt anderledes end elbiler. I den klassiske forbrændingsmotor bliver benzin blandet med luft i en karburator, inden det bliver suget ind til cylindrene.

Her kommer blandingen under pres og bliver antændt af en gnist fra et tændrør. Den eksplosion af energi får motorens aksel til at rotere. En forbrændingsmotor skal altså øge ydelsen, inden den kan levere maksimalt.

I en elbil er elektrisk energi lagret i batteripakker og får via elektromagnetisk kraft motorens aksel til at dreje. En elbil kan trække strømmen ud med det samme og har større fremdrift fra start.

Da køretøjet altså ikke udleder CO2, er det blot et spørgsmål om tid, før fossilbilernes CO2-forbrug overhaler elbilens. Alligevel kan forskerne ikke angive et præcist antal kørte kilometer for, hvornår det sker.

Professor Jeremy Michalek står i spidsen for Vehicle Electrification Group ved Carnegie Mellon University i USA og har forsket i de faktorer, der påvirker en elbils klimaregnskab under kørslen sammenlignet med hybrid-, benzin- og dieselbiler.

Gruppens resultater viser, at kørselsmønstre, regional strømproduktion, klima og bilens design alt sammen har betydning for elbilers klimaaftryk. Den mindste udledning af CO2 opnås, hvis elbilerne kører i byen i et mildt klima med kulfri eller kun en smule kul i strømproduktionen.

Sort strøm koster i regnskabet

I 2019 udgav den tyske bilistforening ADAC en undersøgelse, der viste, at elbilernes klimavenlighed i høj grad afhænger af, hvordan strømmen produceres.

Med strøm fra 100 pct. vedvarende energi vil en elbil blive klimavenligere end en tilsvarende dieselbil allerede efter 40.500 km på vejene, mens det først sker efter 219.000 km, hvis strømmen er produceret med en stor andel af kul.

For benzinbiler er tallene henholdsvis 37.500 km og 127.500 km. Dermed er svaret på, om elbiler er klimavenligere, kompliceret, men bliver lidt lettere, hvis det begrænses til EU-landene.

“Baseret på analyser af udledninger er svaret generelt set ja,” siger James Dixon.

Ingeniøren understreger, at beregningen af selve bilens produktion, herunder til batteriet, ikke indgår i vurderingen.

Hans beregninger støttes af forskning fra EU-Kommissionens interne forskningscenter fra 2018, som viser, at udledningen af drivhusgasser fra elbiler gennemsnitligt er blevet reduceret med 50-60 pct. i de 27 EU-medlemslande sammenlignet med fossilbiler.

Men er det så en Hyundai Ioniq, en Nissan Leaf eller en helt tredje elbil, som er den klimavenligste at købe i 2020? Det kan forskerne stadig ikke give et enkelt svar på, fordi så mange faktorer spiller ind på den samlede udledning af CO2.

Ifølge professor og maskiningeniør Jeremy Michalek afhænger det samlede klimaregnskab i høj grad af, hvordan elnettet reagerer, når tusindvis af elbiler kobles til ladestationerne.

Det er nemlig ikke muligt at øge produktionen af sol- eller vindenergi for at levere mere strøm til elbiler, på samme måde som det er muligt at skrue op for strømproduktionen på et kulkraftværk.

Der er med andre ord grænser for, hvor meget energi hver vindmølle kan hive ud af vinden. Derfor kræver en 100 pct. grøn ladestrøm teknologier til at lagre overskudsstrøm fra sol og vind, så den kan bruges på andre tidspunkter, og den teknologi er endnu ikke klar.

Forbedringer af teknologien bag litium-ion-batterierne kan til gengæld være lige på trapperne og give batteriet både længere rækkevidde og levetid.

Et af de mest lovende forsøg består i at tilføre silicium, som kendes fra computerchips, til batteriets anden elektrode, anoden, som i dag typisk er fremstillet af kulstof. Fx arbejder BMW sammen med virksomheden Sila Nano om at fremstille litium-ion-batterier med silicium-anoder.

Det kan ifølge virksomheden potentielt øge kapaciteten med mindst 20 pct., fordi silicium kan binde større mængder litium-ioner end karbon og dermed give batteriet større kapacitet.

Ifølge Sila Nano kræver virksomhedens siliciummateriale ikke nogen større ændringer i produktionen af batterierne, fordi det tilsættes i løbet af den normale fremstilling af anoden.

Samtidig kan anoden gøres mere kompakt i størrelsen, hvilket betyder, at det bliver hurtigere at lade batteriet op.

Biler skal oplade på ti minutter

Batterierne i de elbiler, der allerede er på vejene, kan også gøres grønnere ved at skrue op for genbruget af materialer i batteriet.

I dag er genbrug for dyrt, fordi der endnu ikke er nok elbiler, som er klar til skrot. Men med en typisk levetid på otte-ti år varer det ikke længe, før det kan betale sig at pille eksempelvis litium ud af gamle batterier og genbruge det.

Forskere fra NTNU i Norge har planer om at udvinde alt litium fra elbilbatterierne ved metoden hydrometallurgi. Til formålet skal der bygges et anlæg i 2027, som ud over litium også kan genbruge andre af materialerne i elbilens batterier som nikkel og kobolt.

Derudover arbejder flere batteriproducenter på at opfinde katodematerialer, der helt eller delvist kan erstatte kobolt for at minimere brugen af det grå, sølvskinnende råstof i batteriproduktionen.

Elbilerne kan derudover tilpasses til at blive opladet på tider af døgnet, hvor der ikke er spidsbelastning, fortæller James Dixon.

I Storbritannien holder den typiske bil parkeret 96 pct. af tiden, og det giver nye muligheder for at udnytte eksempelvis sol- og vindenergi på en bedre måde.

Opladningen af elbilerne kan gøres fleksibel ved at flytte efterspørgslen på opladning til de tidspunkter, hvor der er overskud af strøm fra vedvarende energikilder som vind og sol. På den måde kan elbiler bidrage til at udnytte den type energikilder bedre.

En anden akilleshæl ved elbiler har været selve opladningen. Mens en benzin- eller dieselbil kan tankes op på et øjeblik, tager det ifølge elbilforeningen FDEL ca. 30 minutter at oplade en elbil til at køre omtrent 300 kilometer.

Men det er ved at ændre sig: Forskere fra Penn State University i USA har udviklet en metode, hvor det tager ti minutter at oplade batteriet til at tilbagelægge over 400 kilometer. Dermed er det potentielt ikke kun elbilernes rappe acceleration, der fremover vil gøre det attraktivt at investere i de lydløse, batteridrevne køretøjer.