Elbiler har fortsatt et imageproblem for mange mennesker. Mange er kritiske til de «sjeldne metallene» i motorene og bruken av kobolt i batteriet.

De er ikke klar over at svarene allerede finnes, og at det arbeides i et enormt tempo på løsninger. Vi vil derfor oppsummere situasjonen og gi klarhet rundt temaet sjeldne jordmetaller, hvor disse brukes og hvordan bilprodusenter rundt hele verden forsker på bærekraftige alternativer og innovasjoner.

Oversikt over kapitlene

• Hvordan brukes sjeldne jordmetaller i elbiler?
• Hva gjør de globale aktørene for en bærekraftig utvinning av råstoffer?
• Hvilke nye teknologier vil i fremtiden brukes i batterier?

Hva er sjeldne jordmetaller og hvordan brukes de i biler?

Sjeldne metaller er ikke så sjeldne som navnet antyder. Det finnes til sammen 17 «sjeldne jordmetaller», og det sjeldneste av dem (thulium) er fortsatt vanligere enn gull. De behøves heller ikke for å produsere elbilenes batterier, som nevnt ovenfor. De sjeldne jordmetallene brukes imidlertid for å produsere kjøretøy – for eksempel neodym – men ikke bare der.

Neodym finnes allerede overalt rundt oss. Det brukes i produksjonen av plasma-skjermer, harddisker og hodetelefoner, og hver smarttelefon inneholder ca. 0,4 gram.

For bilprodusenter, uavhengig av drivlinje, er det et av de viktigste elementene, siden det blant annet brukes for elektronikken i bevegelsessensorene. I elbiler brukes det imidlertid først og fremst i motoren for permanentmagnetene.

I elbil-motorer (såkalte permanentmagnet-synkronmaskiner, eller PSM) foretrekker man permanentmagneter siden de øker effektiviteten. Ulempen er større rullemotstand og lavere kapasitet mot overbelastning, noe som kan føre til en lavere output. Et alternativ er fremmedaktuerte synkronmotorer (FSM), som ikke inneholder permanentmagneter og har støtte effekt, men som samtidig forbruker elektrisk energi for å skape magnetfeltet.

Kobolt nevnes ofte i sammenheng med utvinning av «sjeldne jordmetaller», men tilhører ikke denne gruppen. Det er ekstremt konduktivt og ved batteriets katode sørger det for at spenningen holder seg høy, slik at energitettheten i batteriet og ladehastigheten kan økes. Men også i forbrenningsbiler brukes kobolt til å fjerne svovel fra råolje i raffineriet, og det brukes også til å herde stål til produksjon av motor og girkasse.

Likevel er det også verdt å nevne at mange forskningsprogrammer og utviklingsprosjekter har som mål å droppe bruken av kobolt i fremtiden.

Hva gjør de globale aktørene for en bærekraftig utvinning av råstoffer?

De store forbrukerne som Volkswagen, BMW og Tesla forstår at opprinnelsen til materialene er et stadig viktigere kjøpskriterium for kundene.

Trenden går derfor i retning fremmedaktuerte synkronmotorer (FSM) som ikke behøver sjeldne jordmetaller som neodym. Årsaken er både en bedring av miljøregnskapet, men også det faktum at Kina kontrollerer store deler av verdens forekomster av neodym. Om man klarer seg uten neodym, vil det innebære større uavhengighet for bilindustrien når det kommer til ressurser.

At man allerede kan klare seg uten sjeldne jordmetaller, har BMW allerede bevist med sin modell iX3 eller Volkswagen med 4x4-ID. Den japanske produsenten Nissan vil heller ikke bruke sjeldne jordmetaller i sin nye modell Ariya. Også den franske produsenten Renault bruker fremmedaktuerte synkronmotorer i bestselgeren Zoe.

Hvilke nye teknologier vil i fremtiden brukes i batterier?

Fremtiden for elbilbatterier kunne knapt vært mer spennende. Det arbeides i stort tempo med videreutviklinger og forbedringer. Om man ser på forskningsprosjektene til de store produsentene, er det mulig at diskusjoner rundt bruken av råstoffer som kobolt snart vil høre historien til.

Tesla og Volkswagen kunngjorde allerede i fjor at de kun skal bruke LFP-batterier i innstegsmodellene sine (f.eks. Tesla Model 3 SR+). Disse inneholder ingen kobolt. I de høyere segmentene skal det brukes en kombinasjon av nikkel og mangan, noe som muliggjør en svært lang levetid på opptil 10 000 sykluser.

BMW har en annen strategi, de organiserer innkjøpene sine alene og henter kun kobolt fra sertifiserte kilder i Australia og Mexico.

Siden batteriet til elbiler i stor grad består av litium, kritiseres også utvinningen av dette på grunn av det formentlig store vannforbruket. Mengden vann burde dog settes i kontekst og ha i mente at batterier kan brukes lenge i sitt andre liv og deretter kan resirkuleres fullstendig.

For å unngå all bruk av litium, har den kinesiske leverandøren CATL (Contemporary Amperex Technology Limited) presentert en ny kontstruksjonsmåte for natrium-ion-batterier. Denne skal være klar for markedet allerede i 2023 og gå over i masseproduksjon. Fordelene er bærekraften, effekten i kulde, hurtigladeevnen, sikkerhet og så klart også de lave produksjonskostnadene.

Australske forskere har gått enda lenger og forsøker å bruke svovel som erstatning for kobolt og mangan for å skape et batteri som har 1000 km rekkevidde. Noe som også gir håp for fremtiden, er at selskaper som IBM, Mercedes og Sidus arbeider sammen på en metode for å produsere batterier med mineraler fra havet i stedet for tungmetaller.
Lenger inn i fremtiden har vi også såkalte faststoffbatterier som vil være helt overlegen sammenlignet med dagens teknologi mtp. rekkevidde, sikkerhet og ladehastighet. Renault, Mitsubishi, Nissan og Toyota har slått seg sammen og forsker sammen på de neste store innovasjonene.