En e-Golf kan måtte kjøre 2,3 år før den har spart inn utslippene fra batteriproduksjonen

Elbiler kalles nullutslippsbiler fordi de ikke slipper ut eksos. Men det betyr ikke at bilene ikke har noe utslipp knyttet til seg.

For elbilene er det særlig produksjonen av batteriet som er energiintensivt. Den største delen av produksjonen av litiumionbatterier foregår i Asia. Kina, Japan og Korea er store aktører. 

Her er kraftproduksjonen i stor grad basert på fossil brensel.

Jo mer CO₂ som slippes ut i forbindelse med kraftproduksjon, jo mer CO₂ står produksjon av batteriene for.

Forskere ved IVL Svenska Miljöinstitutet har gjennomført en metastudie (PDF) hvor de har forsøkt å avdekke hvor stort dette utslippet i realiteten er.

IVL-rapporten er en livsløpsanalyse (LCA) som tar for seg CO₂-utslipp fra utvinning og behandling av råvarer, produksjon av celler og batteripakker, til resirkulering.

Resultatet: 150 til 200 kg CO₂-ekvivalenter pr kilowattime batteri i snitt.

• Tesla X med toppskår i krasjtest: – Den desidert sikreste suv-en som noen gang er testet

Opp mot 20 tonn CO₂

Det betyr at et batteri på 30 kilowattimer har et karbonfotavtrykk på 4,5 til 6 tonn CO2. Et batteri på 100 kilowattimer mellom 15 og 20 tonn CO₂.

Artikkelen fortsetter etter annonsen

annonsørinnhold

Slik sparte Porsche-senteret i Oslo 175000 kWh i året

Videre er utslippet nesten lineært med med batterikapasiteten, ifølge rapporten. 

Rapporten ble først omtalt av Ny Teknik. Til nettstedet sier Mia Romare, en av forfatterne bak rapporten, at utslippet nærmest følger kapasiteten fordi produksjonen av cellene er svært energikrevende. 

Linda Ager-Wick Ellingsen, forsker ved Institutt for energi- og prosessteknikk ved NTNU jobber også med livsløpsanalyser for litiumionbatterier. IVLs rapport er blant annet basert på Ellingsens tidligere arbeider.

Ellingsen sier til Teknisk Ukeblad at IVLs rapport er innenfor tallene de selv har kommet frem til i tidligere publiserte artikler, og konklusjonene i en kommende forskningsartikkel som hun er medforfatter av.

Hun sier imidlertid at deres funn tilsier at CO₂-utslippet heller ligger oppunder 150 kg CO₂ pr kilowattime.

– Vi har studert industridata, og har et veldig godt kildegrunnlag. En studie fra Ford for et år siden indikerte at utslippet ligger rundt 150 kg pr kilowattime, sier Ellingsen.

Artikkelen fortsetter etter annonsen

annonse

Tok prosjektledelse på masternivå – fikk drømmejobben. Nå er det din tur!

• Resirkulering: Ny metode kan gjøre gjenvinning av litium fra elbilbatterier lønnsom

Svært høyt energiforbruk

Halvparten av CO₂-utslippet stammer fra produksjonen av cellene. Det er svært energikrevende, ettersom det stilles veldig strenge krav til produksjonslokalet. Det må være svært rent, og ha lav luftfuktighet.

Dette utgjør en stor del av energiforbruket i batteriproduksjonen.

– I dag produseres cellene hovedsakelig i Kina, Japan og Korea, hvor kraftmiksen har en ganske stor andel fossile brensler. Høyt energiforbruk og karbonintensiv elektrisitet gir derfor høye utslipp, sier Ellingsen.

Det er en viss usikkerhet knyttet til det faktiske energiforbruket fra produksjon av litiumionbatterier. Sesongvariasjoner i klima kan spille inn.

Ellingsen forklarer at siden cellene må settes sammen i rom som har lav luftfuktighet, vil det kunne være behov for å bruke mer energi til å holde luftfuktigheten nede under monsunsesonger. Det samme vil kunne spille inn i kjølige klima, hvor mer energi må brukes på oppvarming.

Produksjonslinjene til forskjellige fabrikanter er dessuten ikke like, og det kan derfor være at noen har litt lavere energiforbruk, mens noen har litt høyere. Ellingsen sier at de fleste uansett ligger nær hverandre i energiforbruk.

• Lokker med litium: Vil ha Tesla Gigafactory til Finland

Kan produseres med langt mindre utslipp

150 kg CO₂ per kilowattime er imidlertid ikke et statisk tall. Det er flere metoder for å redusere karbonavtrykket.

Det mest åpenbare er å benytte elektrisitet fra generert fra mindre karbonintensive kilder. Nullutslippsmetoder har potensial til å halvere CO₂-utslippet fra fremstillingen av litiumionbatterier.

Tesla er et godt eksempel. Batteriene som produseres ved deres Gigafactory i Nevada-ørkenen skal på sikt produseres utelukkende med fornybar energi fra solceller. 

At fabrikken er plassert i ørkenen, hvor luftfuktigheten er lav, er heller neppe tilfeldig. 

Et annet eksempel er Daimlers kommende batterifabrikk i Tyskland, som skal være CO₂-nøytral. I Sverige planlegges også en stor batterifabrikk, som vil nyte godt av Sveriges lave utslipp på 10,5 gram CO₂ per kilowattime generert elektrisitet (2014-tall).

• Spår forbrenningsmotorens død: – Alle biler er elbiler etter 2025

Gjenbruk av energi

Fabrikkene kan også gjøre andre tiltak enn bare å bruke fornybar energi. Alle celler testes etter at de er produsert. Det betyr i praksis at de sykles, altså lades opp og ut. Denne elektrisiteten kan brukes i produksjonen. I mange tilfeller frigis den bare som varme.

– Om man nyttiggjør seg av denne energien kan man redusere noe av energiforbruket. Men for noen produsenter vil det innebære en investeringskostnad som kan være litt høy, sier Ellingsen.

Et annet alternativ er å ta i bruk vannløselige løsemidler i produksjon av katoder. Vann har lavere fordampningspunkt enn løsemidlene som vanligvis brukes i denne produksjonen, og kan derfor gi mindre energiforbruk.

Et norsk prosjekt kalt SiBEC ser blant annet på denne problemstillingen. Her er et av målene å bytte ut såkalte NMP-bindemidler i celleproduksjon med alginater.

• Nordisk batterifabrikk: – Det er bare i Norge, Sverige og Island du kan hevde at du produserer et helt grønt batteri

Høyere energitetthet kan gi lavere utslipp

Å produsere celler med høyere energitetthet vil også kunne gi et noe lavere CO₂-utslipp, men dette kan være et tveegget sverd. 

Det må sannsynligvis brukes andre typer materialer enn i dag. Nanomaterialer har potensial til å gi høyere energitetthet, men produksjonen av nanomaterialer er samtidig mer energikrevende. Men det ligger muligheter her.

– Det er litt vanskelig å si sikkert, men du vil potensielt kunne redusere produksjonsutslippene og mengden energi som kreves for å kjøre elbilen i bruksfasen, forteller Ellingsen.

Et CO₂-avtrykk vil produksjonen uansett ha. Ifølge IVLs rapport står produksjon av materialene som brukes i batteriene, inkludert utvinning og raffinering, for mellom 60 og 70 kg CO₂ per kilowattime i totalregnskapet.

Hvor i verden disse prosessene utføres vil imidlertid kunne gjøre et utslag også her.

Ellingsen sier at det jobbes hardt med å redusere energiforbruket i batteriproduksjon generelt. Hun mener at det Tesla gjør er en god indikator på hvor industrien er på vei.

Om selve celle- og batteriproduksjonen gjøres med karbonnøytral elektrisitet er potensialet omtrent en halvering av CO₂-utslippet.

• Slik utvinnes litium: Metallet får verdensøkonomien til å gå rundt

CO2 fra bensin og batteri

Det er uansett klart at det er en hel del CO₂-utslipp knyttet til produksjon av elbiler. 

Det er mulig å gjøre en grov sammenligning for å illustrere hvor mye kjøring i en bensinbil batteriets CO₂-utslipp tilsvarer.

Vi bruker Volkswagen e-Golf som eksempel, ettersom den har tilsvarende varianter med forbrenningsmotor.

Det nøyaktige utslippet knyttet til batteriet i Volkswagen e-Golf er ikke kjent. Det skal imidlertid nevnes at LCA-studien «Cradle-to-Gate Emissions from a Commercial Electric Vehicle Li-Ion Battery: A Comparative Analysis» (Kim et al 2016), som er en av studiene brukt i IVL-rapporten, så på industridata fra LG Chem og kom frem til et utslipp på 140 kg CO₂ pr kilowattime.

Denne studien vurderte batteripakken til Ford Focus Electric, men det er verdt å merke seg at Volkswagen også får sine batterier fra LG Chem.

Legger man 150 kg CO₂ pr kilowattime til grunn for eGolf-batteriet, vil denne bilens 35,8 kilowattimers batteri utgjøre 5,37 tonn CO₂.

Den ellers like bensinbilen Golf 1.5 TSI bruker ifølge tyske ADACs tester 0,58 liter på mila og slipper ut 159 gram CO₂ pr kilometer.

Bensinforbruket er imidlertid bare en del av CO₂-utslippet knyttet til kjøringen. Fremstilling av bensin har også et CO₂-avtrykk. Derfor må også Well-to-tank-tall (WTT) regnes inn.

Tall fra Nederlands co2emissiefactoren.nl, drevet av miljøorganisasjoner og det nederlandske miljø- og infrastrukturdepartementet, sier at vanlig bensin har et WTT-utslipp på 460 gram per liter.

• Bosch: – Ny batteritype vil doble rekkevidden på elbiler

Tilsvarende over to års bensinforbruk

Gitt at forbruket i snitt er 0,58 liter pr mil utgjør dette 266 gram per mil. I tillegg kommer 1590 gram per mil gitt at utslippet i snitt er 159 gram per kilometer.

Golf 1.5 TSI har da et utslipp på 1,85 kg CO₂ pr kjørte mil, og vil slippe ut tilsvarende mengde CO₂ som produksjonen av batteriet i e-Golf alene står for i løpet av 2902 mil.

Den gjennomsnittlige kjørelengden for alle norske personbiler var 1248 mil pr år, ifølge tall fra SSB.

I snitt utgjør dermed batteriet i e-Golf CO₂-utslippet til 2,3 år kjøring med en Golf 1.5 TSI i snitt.

Så skal det understrekes at det er en del usikkerhet rundt tallene. For eksempel vil større andel fornybar energi også redusere CO₂-utslippet knyttet til raffinering av bensin. Det faktiske tallet for batteriet kan også i realiteten være noe lavere enn 150 kg CO₂ pr kilowattime.

• Hurtiglading: Derfor kan du ikke lade elbilen raskere

Forskerne overrasket av reaksjoner

IVL-rapporten er omtalt i både svenske Ny Teknisk og danske Ingeniøren, og begge steder har det vært en livlig debatt i kommentarfeltene under artiklene. Kritikken har blant annet gått på at rapporten ikke gir et fullstendig bilde av alle produskjonsledd knyttet til elbiler og biler med forbrenningsmotor.

Til Ingeniøren sier en av forfatterne bak rapporten, Mats-Ola Larsson, at rapporten heller ikke er ment som dette, og at det heller ikke var en del av oppgaven.

Rapporten er laget på oppdrag for Energimyndigheten og Trafikverket i Sverige.

Forskerne har selv gitt eksempler som viser at en bil som Tesla Model S med 100 kilowattimers batteri potensielt må kjøres i åtte år før det ekstra CO₂-utslippet fra batteriproduksjonen er utlignet. For mindre biler som Nissan Leaf er tallet to år.

Larsson sier til Ingeniøren at dette bare er eksempler, og at de ikke kjenner til utslippet fra produksjon av batteri til de enkelte bilmodellene.

Rapporten anbefaler imidlertid at man velger batteristørrelse ut fra det faktiske behovet man har. Å velge en bil med større batteri enn nødvendig kan potensielt føre til et unødvendig høyt CO₂-utslipp.

Larsson sier til Ingeniøren at de ulike studiene grunnleggende viser at bensin- og dieselbiler har et mindre CO2-avtrykk enn elbiler når de forlater fabrikken. Det skyldes utelukkende batteriet.

Han understreker at IVL-forskerne på ingen måte er motstandere av elbiler. Han mener de er nødvendige for fremtidens miljøvennlige transport, men at vi også må erkjenne at batteriproduksjon må skje på en mer miljøvennlig metode.

• TU Ekstra: I fremtiden får litiumionbatteriet mange konkurrenter

Bedre kildegrunnlag gir sikrere tall

En utfordring med IVLs rapport var at det er til dels store forskjeller i ulike studier, og de kan gi ganske sprikende tall. De er heller ikke nødvendigvis sammenlignbare. 

En studie det ofte vises til er livsløpsstudien fra Union of Concerned Scientists (UCS), publisert i 2015 (PDF). Denne er i likhet med mange andre en metastudie.

Denne angir at biler med store batteripakker, som Tesla Model S med 85 kilowattimers batteri, slipper ut seks tonn mer CO₂ under produksjon sammenlignet med en tilsvarende bensinbil. 

Det samme tallet for en bil som Nissan Leaf med 24 kilowattimers batteri er ifølge UCS 1 tonn.

Med andre ord betydelig mye mindre ekstra utslipp enn det IVLs rapport og Ellingsen ved NTNU har kommet frem til.

Ellingsen forklarer at dette er fordi dataene UCS-rapporten er basert på eldre studier. Noen er basert på antakelser og egne beregninger av hvor mye energi de ulike prosessene i celleproduksjonen krever.

Batteriprodusentene offentliggjør tross alt ikke opplysninger om produksjonsprosessene sine.

• TU Ekstra: Bindemiddel av alger kan øke rekkevidden på elbiler. Norske forskere jobber for et nytt industrieventyr

Antakelser og egne beregninger

En del av studiene som UCS-rapporten baserer seg på gir dermed usikre tall. Ellingsen forklarer at de har gått gjennom noen av LCA-ene, og funnet at disse har undervurdert hvor mye energi som faktisk kreves, og ikke har tatt med alle prosessene.

Det har generelt vært mye usikkerhet rundt hva det faktiske energikravet er, men etter hvert som industridata har blitt tilgjengelig fra batteriprodusentene i forbindelse med nyere studier, har et mer fullstendig bilde tegnet seg.

For eksempel anslo en studie fra 2010 at energiforbruket var 6,42 megajoule pr kilowattime, mens nyere studier basert på industridata anslår rundt 550 megajoule pr kilowattime.

Det er imidlertid fremdeles kunnskapshull, ettersom noen detaljer fra produksjonsprosessene ikke er kjent.

• Les flere artikler om elbil.