En titt på fremtidens teknologier – Batterier

Batterier er en helt uunnværlig del av elektromobilitet. Det er imidlertid knyttet en rekke spørsmål til disse energilagringsenhetene, spesielt med tanke på ytelse og klimavennlighet. Vi bestemte oss for å finne noen svar.

Artikkelserien «Fra fremtidens laboratorium» presenterer funn fra forsknings- og utviklingsavdelingen, som jobber i nært samarbeid med ulike avdelinger, samt med DACHSER Enterprise Lab hos Fraunhofer IML og andre forsknings- og teknologipartnere.

Elektromobilitet er fremtiden. Juridiske bestemmelser og kunngjøringer fra bilprodusentene gjør dette til et faktum som er hevet over enhver tvil. I de fleste applikasjoner er elmotoren fullstendig overlegen sammenlignet med forbrenningsmotoren med tanke på både teknologi, miljø og økonomi. Det vi derimot ikke har like stor kunnskap om, er selve hjertet i den elektriske drivlinjen: batteriet. Det er ikke alltid like lett å vurdere ytelsen til et batteri eller hvilken påvirkning det har på klimaet. Det fører ofte til usikkerhet og også opphetede diskusjoner.    

Forenklet sagt har de to hovedfaktorene som bestemmer rekkevidden til en elbil, begge med batteriet å gjøre: effekttetthet og kapasitet. Dagens mest brukte batterier av typen litium-NMC og litium-NCA har en volumetrisk effekttetthet på ca. 400 wattimer (Wh) per liter volum. Hvis vi tar en en bil med en batterikapasitet på rundt 75 kWh som eksempel, gir dette en rekkevidde i den virkelige verden på 300 til 400 kilometer. Ekspertene mener at den volumetriske effekttettheten kommer til å øke med ytterligere 50 prosent de neste ti årene, noe som gjør det mulig å oppnå en rekkevidde på 600 kilometer. LFP-batterier (litium jernfosfat) som også kommer til å bli stadig mer brukt i elektriske lastebiler i fremtiden, tilbyr nye muligheter her også.      

Et annet avgjørende aspekt for mulige bruksområder for batterielektriske biler og lastebiler, er ladetiden. Denne bestemmes hovedsakelig av maksimal tillatelig ladning og utladningsstrømmen. Jo større forholdet er mellom ladestrøm og batterikapasitet for en gitt batteristørrelse (kjent som C-tallet), jo kortere ladetid, i det minste ved en ladetilstand (SOC – state of charge) som ligger mellom 10 og 80 prosent. Vil man lade opp de siste 20 prosentene og få et fulladet batteri, øker ladetiden betydelig. Bilen i eksemplet ville trenge ca. 35 minutter på en 125 kW hurtigladestasjon ved normal utetemperatur for å «fylle på» 55 kWh energi, eller 280 kilometers rekkevidde, og gå tilbake til en ladetilstand på 80 prosent.

Det hersker også en viss usikkerhet rundt spørsmålet om hvor stor effekt hyppig hurtiglading har på levetiden til batteriet. Det som er klart, er at saktelading i hovedsak er bra for batteriene. Produsentene definerer batteriets levetid først og fremst i form av et garantert antall ladesykluser. For eksempel vil et bilbatteri som er garantert å vare i 1000 sykluser, gi en total kjørelengde på rundt 160 000 kilometer i løpet av levetiden. Med liten skrift påpeker produsentene imidlertid noen ganger at elbilen helst skal brukes innenfor en ladetilstand på 20–80 prosent og bare være fulladet under planlagte langturer, da dette er den eneste måten å oppnå den garanterte batterilevetiden på. Det finnes med andre ord en rekke betingelser som virkelig ikke gjør det enkelt for gjennomsnittsbrukeren å komme frem til ladetid, rekkevidde, total kjørelengde og dermed kjøretøyets levetid på en pålitelig måte.

Med garanti for klimavennlighet?

Levetiden til kjøretøyet er imidlertid sentral når vi skal vurdere batteriets klimagevinst. Med tanke på hvor energiintensiv batteriproduksjonen er, utgjør batteriene en ganske stor CO2-belastning selv når kjørelengden er null. Det betyr at jo større total kjørelengde som oppnås, jo mer vil denne CO2-belastningen fordeles på de kjørte kilometerne – og jo mer klimavennlig blir elbilen sammenlignet med en med forbrenningsmotor. Forutsatt at bilen i eksemplet bare lades opp ved hjelp av fornybar elektrisitet og at det bare ble brukt grønn elektrisitet til å produsere batteriet, vil klimagassutslippene for produsentens garanterte totale kjørelengde være rundt 90 prosent lavere enn for et moderne dieselkjøretøy. For lastebiler er tallet enda bedre – over 95 prosent – takket være større kjørelengde. Dette resultatet kommer frem av nylige beregninger fra DACHSERs Corporate Research & Development-avdeling.   

Selv om batteriproduksjonen ikke bruker grønn elektrisitet, men dagens strømmiks og produksjonsforhold i EU eller Kina, vil en elektrisk drivlinje fortsatt oppnå CO2-reduksjoner på minst 90 prosent (Europa) og 85 prosent (Kina) for lastebiler, og minst 80 prosent og 65 prosent for biler. Dette viser at CO2-belastningen fra batteriproduksjonen ikke spiller så stor rolle for lastebiler. Når det gjelder personbiler, bør imidlertid batteriproduksjonen konverteres til toppmoderne standarder og 100 prosent fornybar elektrisitet så raskt som mulig for å utnytte det fulle potensialet som batterielektriske drivlinjer har med tanke på klimavern.     

I tillegg til klimagassutslipp er det imidlertid også andre miljømessige og sosiale konsekvenser som må vurderes. Disse oppstår først og fremst ved utvinningen av de råmaterialene som kreves for batteriene til drivlinjen. Avhengig av de kjemiske elementene og prosessene som er involvert, må metodene i visse land og regioner i denne forbindelse først og fremst overvåkes og håndteres gjennom regulatoriske tiltak.

En overgang til helelektriske biler og lastebiler krever at sjåfører og flåteoperatører tenker nytt og fremfor alt er åpne for disse nye ordningene. Reisen vi har foran oss kommer til å bli krevende noen ganger, spesielt i de første årene av den kommende transformasjonen. Med dagens bilteknologi og økonomien i denne eksisterer det imidlertid ikke noe alternativ, fordi det rett og slett ikke finnes andre teknologiske alternativer som er i stand til å oppnå den målrettede klimaverneffekten som tilnærmet nullutslipp gir. Det krever at bilprodusentene presser opp ytelsen og bærekraften til batteriteknologien ytterligere og forvandler en teknologi som i dag fortsatt er innviklet, til en brukervennlig nyskapning som folk gjerne vil ta i bruk.  
 

Kontakt Alexandra Hartung Communications Manager Nordic