Sähköautoilla on monille ihmisille edelleen imago-ongelma. Tähän liittyy aina kysymyksiä ”harvinaisten maametallien” käytöstä moottoreissa ja koboltin käyttämisestä akuissa.

Usein kuitenkin unohtuu, että vastaukset on jo löydetty ja että ratkaisuja työstetään huimaa vauhtia. Siksi annamme yhteenvedon ja luomme selkeyttä siitä, mistä harvinaisissa maametalleissa on kyse, missä niitä käytetään ja miten autonvalmistajat kaikkialla maailmassa tutkivat vastuullisia vaihtoehtoja ja innovaatioita.

Luvut yhdellä silmäyksellä

• Miten harvinaisia maametalleja käytetään autoissa?
• Mitä maailmanlaajuiset toimijat tekevät raaka-aineiden vastuullisemman hankkimisen puolesta?
• Mitä uusia teknologioita akuissa käytetään tulevaisuudessa?

Mitä ovat harvinaiset maametallit ja miten niitä käytetään autoissa?

Harvinaiset maametallit eivät ole niin harvinaisia kuin nimi antaisi olettaa. ”Harvinaisia maametalleja” on yhteensä 17, ja niistä harvinaisintakin (tuliumia) esiintyy kultaa enemmän. Niitä ei myöskään tarvita sähköautojen akkujen valmistamiseen, kuten jo selitimme artikkelissamme. Ajoneuvojen valmistuksessa harvinaisia maametalleja, kuten neodyymia, kuitenkin todella käytetään, mutta ei vain siinä.

Arkemme olisi kovin erilainen ilman neodyymiä. Sitä käytetään esimerkiksi plasmatelevisioiden, kovalevyjen ja kuulokkeiden valmistuksessa – ja jokaisesta puhelimestakin sitä löytyy noin 0,4 grammaa.

Autonvalmistajille se on rakennustavasta riippumatta yksi tärkeimmistä alkuaineista, koska sitä tarvitaan muun muassa liiketunnisteiden elektroniikkaan. Ennen kaikkea sitä kuitenkin tarvitaan sähköautojen moottoreiden kestomagneetteihin.

Sähköautojen moottoreissa kestomagneetit ovat erittäin suosittuja, koska ne lisäävät moottoreiden (eli kestomagneettitahtikoneiden (PSM)) hyötysuhdetta. Haittapuolena ovat suurempi vierintävastus ja pienempi ylikuormitettavuus, jotka johtavat pienempään tehoon. Vaihtoehdon tarjoavat vierasmagnetoidut tahtimoottorit (FSM), jotka eivät sisällä kestomagneetteja ja ovat tehokkaampia, mutta tarvitsevat sähköenergiaa magneettikentän muodostamista varten.

Koboltti mainitaan usein harvinaisten maametallien louhimisen yhteydessä, mutta se ei kuulu niihin. Se johtaa sähköä erittäin hyvin ja pitää jännitteen suurena akkujen katodissa, mikä lisää akkujen energiatiheyttä ja nopeuttaa latausta. Kobolttia tarvitaan kuitenkin myös polttomoottoriautoissa sekä raakaöljyn rikinpoistossa jalostamolla että moottorin- ja vaihteistonvalmistuksessa käytettävän erittäin lujan teräksen kovettamisessa.

Tästä huolimatta on mainittava, että monissa ajoneuvovalmistajien ohjelmissa ja kehitystoimissa tavoitteena on tulevaisuudessa luopua koboltin käytöstä.

Mitä maailmanlaajuiset toimijat tekevät raaka-aineiden vastuullisemman hankkimisen puolesta?

Suuret raaka-aineiden kuluttajat, kuten VW, BMW ja Tesla ovat tietoisia siitä, että käytettävien materiaalien alkuperä on niiden asiakkaille yhä tärkeämpi ostoperuste.

Siten suuntauksena ovat vierasmagnetoidut tahtimoottorit (FSM), joissa ei tarvita neodyymin kaltaisia harvinaisia maametalleja. Syinä tähän ovat halu parantaa ympäristöystävällisyyttä sekä se, että Kiina hallitsee suurta osuutta neodyymimarkkinoista. Neodyymistä luopuminen tarkoittaisi autoteollisuudelle siten myös suurempaa riippumattomuutta resurssien hankinnassa.

Mahdollisuuden rakentaa sähköautoja täysin ilman harvinaisia maametalleja jo nyt ovat todistaneet BMW iX3:llaan sekä VW 4x4 ID:llään. Myös japanilainen Nissan tulee valmistamaan uutta Ariya-malliaan tyystin ilman harvinaisia maametalleja. Lisäksi ranskalainen Renault käyttää Zoe-hittiautossaan vierasmagnetoituja tahtimoottoreita.

Mitä teknologioita akuissa käytetään tulevaisuudessa?

Sähköautojen akkujen tulevaisuus ei voisi juuri olla jännittävämpi, sillä akkujen kehitystä ja parantamista edistetään suurella paineella. Kun tarkastellaan suurten valmistajien tutkimushankkeita, koboltin kaltaisten raaka-aineiden käyttöä koskevien keskustelujen aika on pian ohi.

Tesla ja Volkswagen ovatkin jo ilmoittaneet käyttävänsä aloitussegmentissään (kuten Tesla Model 3 SR+:ssa) enää vain LFP-akkuja, jotka eivät sisällä kobolttia. Muissa segmenteissä on tarkoitus käyttää nikkelin ja mangaanin yhdistelmää, jonka uskotaan mahdollistavan jopa 10 000 täyden lataussyklin käyttöiän.

BMW:llä on toisenlainen suunnitelma, sillä se hoitaa hankintansa täysin itsenäisesti ja ostaa kobolttia vain Australian ja Meksikon sertifioiduista lähteistä.

Koska sähköauton akku koostuu pääosin litiumista, myös sen louhintaa kritisoidaan väitetysti suuren vedenkulutuksen vuoksi. Vesimäärää olisi kuitenkin tarkasteltava kontekstissa ottaen huomioon, että akut otetaan uusiokäyttöön vielä pitkäksi aikaa ja voidaan kierrättää sen jälkeen kokonaisuudessaan.

Luopuakseen täysin litiumista kiinalainen toimittaja CATL (Contemporary Amperex Technology Limited) on esitellyt uudenlaisen natrium-ioniakun. Se on tarkoitus tuoda markkinoille ja massatuotantoon jo vuonna 2023. Sen etuna ovat vastuullisuus, teho kylmissä olosuhteissa, pikalatausmahdollisuus, turvallisuus ja tietenkin matalat valmistuskustannukset.

Joukolla australialaisia tutkijoita on oma polkunsa, jolla he pyrkivät luomaan 1 000 kilometrin toimintamatkan akun käyttämällä rikkiä koboltin ja mangaanin korvikkeena. Suurta luottamusta herättää myös se, että IBM:n, Mercedeksen ja Siduksen kaltaiset yritykset kehittävät yhdessä menetelmää, jossa akkujen valmistuksessa käytettäisiin merimineraaleja raskasmetallien sijaan.
Hieman kauempana tulevaisuudessa siintävät vielä niin sanotut kiinteän olomuodon akut, jotka tulevat päihittämään nykyteknologian selkeästi niin toimintamatkan ja turvallisuuden kuin latausnopeudenkin osalta. Renault, Mitsubishi, Nissan ja Toyota ovat alkaneet tehdä yhteistyötä niiden suhteen ja tekevät intensiivistä tutkimustyötä seuraavan suuren innovaation eteen.