Akut – katsaus tulevaisuuden teknologioihin

Akut ovat välttämätön osa sähköistä liikkuvuutta. Nämä energian varastointilaitteet herättävät kuitenkin myös monia kysymyksiä erityisesti suorituskyvystä ja ilmastoystävällisyydestä. Olemme laatineet niihin vastauksia.

Tulevaisuuden laboratoriosta -ominaisuus esittelee tutkimustuloksia Corporate Research & Development -yksiköstä, joka toimii tiiviissä yhteistyössä eri osastojen ja sivukonttoreiden sekä Fraunhofer IML:n DACHSER Enterprise Labin ja muiden tutkimus- ja teknologiakumppaneiden kanssa.

Sähköinen liikkuminen on tulevaisuutta. Lainsäädännöllisten järjestelyjen ja autovalmistajien ilmoitusten mukaan se on kiistatonta. Useimmissa käyttötarkoituksissa sähkömoottori on eittämättä parempi kuin polttomoottori teknisestä, ekologisesta ja taloudellisesta näkökulmasta. Sähköisen voimansiirron todelliseen sydämeen eli akkuun liittyy kuitenkin epäselvyyksiä. Akun suorituskyvyn tai sen ilmastovaikutuksen arvioiminen ei ole aina helppoa. Tämä aiheuttaa usein epävarmuutta ja joskus kiivaitakin keskusteluita.       

Yksinkertaisesti sanottuna kaksi tärkeintä sähköajoneuvon toimintasäteen määrittävää tekijää – tehotiheys ja kapasiteetti – liittyvät akkuun. Nykyään yleisimmin käytettyjen litium-NMC- ja litium-NCA-akkujen energiatiheys on noin 400 wattituntia (Wh) litrassa tilavuutta. Esimerkiksi auton, jonka akkukapasiteetti on noin 75 kWh, toimintasäde on näin ollen 300–400 kilometriä. Asiantuntijat uskovat, että tilavuusenergiatiheys kasvaa vielä 50 prosenttia seuraavien kymmenen vuoden aikana, mikä mahdollistaa 600 kilometrin toimintasäteen saavuttamisen. Lisäksi litium-rautafosfaattiakut (LFP), joita käytetään tulevaisuudessa yhä enemmän myös sähkökuorma-autoissa, tarjoavat uusia mahdollisuuksia.            

Toinen ratkaiseva näkökohta akkusähkökäyttöisten henkilöautojen ja kuorma-autojen mahdollisissa sovelluksissa on latausaika. Se määräytyy pääasiassa suurimman sallitun lataus- ja purkausvirran mukaan. Mitä suurempi on latausvirran ja akun kapasiteetin välinen suhde (C-arvo) tietyllä akun koolla, sitä lyhyempi on latausaika ainakin 10–80 prosentin lataustilassa (SOC). Viimeisen 20 prosentin osalta latausaika kasvaa merkittävästi akun saamiseksi kokonaan täyteen. Esimerkin auto tarvitsisi noin 35 minuuttia kestävän 125 kW:n pikalatauksen normaalissa ulkolämpötilassa, jotta akkuun saadaan ”tankattua” 55 kWh:n energiamäärä tai 280 kilometrin toimintamatka ja palautettua 80 prosentin lataustila.

On myös jonkin verran epävarmaa, miten paljon usein toistuva pikalataus vaikuttaa akun käyttöikään. Selvää on kuitenkin se, että hidas lataus on pohjimmiltaan hyväksi akuille. Valmistajat määrittelevät akun käyttöiän ensisijaisesti taattujen latausjaksojen määrän mukaan. Esimerkiksi auton akku, joka kestää taatusti 1 000 latausjaksoa, tuottaa yhteensä noin 160 000 ajokilometriä elinkaarensa aikana. Pienellä painetussa tekstissä valmistajat kuitenkin toisinaan huomauttavat, että sähköautoa tulisi mahdollisuuksien mukaan käyttää 20–80 prosentin lataustilassa ja akku tulisi ladata täyteen vain suunniteltujen pitkien matkojen aikana. Se on ainoa tapa saavuttaa taattu akun käyttöikä. Näiden olosuhteiden vuoksi keskivertokäyttäjän ei todellakaan ole helppo määrittää luotettavasti latausaikaa, toimintamatkaa ja kokonaiskilometrimäärää sekä siten ajoneuvon käyttöikää.

Onko ilmastoystävällisyys taattu?

Ajoneuvon käyttöikä on olennainen osa akun ilmastohyödyn arviointia. Kun otetaan huomioon akkutuotannon kuluttama energiamäärä, akuilla on melkoinen hiilidioksiditaakka etenkin nollakilometreillä. Tämä tarkoittaa, että mitä suurempi kokonaiskilometrimäärä on ajettu, sitä enemmän tämä hiilidioksiditaakka jakautuu ajetuille kilometreille ja sitä ilmastoystävällisempi sähköajoneuvo on polttomoottorilla varustettuun ajoneuvoon verrattuna. Jos oletetaan, että esimerkin auto ladataan vain uusiutuvalla sähköllä ja akun valmistuksessa on käytetty ainoastaan vihreää sähköä, sen kasvihuonekaasupäästöt valmistajan taatulla kokonaiskilometrimäärällä ovat noin 90 prosenttia pienemmät kuin nykyaikaisen dieselajoneuvon. Kuorma-autojen osalta luku on vielä parempi – yli 95 prosenttia – suuremman ajokilometrimäärän ansiosta. Tämä on DACHSERin Corporate Research & Development -yksikön viimeaikaisten laskelmien tulos.    

Vaikka akkutuotannossa ei käytetä vihreää sähköä vaan pikemminkin nykypäivän sähköyhdistelmää ja Euroopan unionin tai Kiinan tuotanto-olosuhteita, sähköinen voimansiirto vähentää silti hiilidioksidipäästöjä vähintään 90 prosenttia (Euroopassa) ja 85 prosenttia (Kiinassa) kuorma-autojen osalta ja vastaavasti vähintään 80 prosenttia ja 65 prosenttia henkilöautojen osalta. Tämä osoittaa, että akkujen valmistuksen hiilidioksiditaakalla ei ole niin suurta merkitystä kuorma-autojen osalta. Henkilöautojen akkujen valmistus olisi kuitenkin muutettava viimeisimpien standardien mukaiseksi ja hyödyntämään sataprosenttisesti uusiutuvaa sähköä, jotta akkusähkökäyttöisen voimansiirron ilmastonsuojelupotentiaali voidaan hyödyntää täysimääräisesti.               

Kasvihuonekaasupäästöjen lisäksi on kuitenkin otettava huomioon myös muita ympäristöön ja yhteiskuntaan kohdistuvia vaikutuksia. Ne voivat aiheutua etenkin ajovoima-akkuihin tarvittavien raaka-aineiden hankinnasta. Tiettyjen maiden ja alueiden käytäntöjä on seurattava kriittisesti ja käsiteltävä pääasiassa sääntelytoimenpitein riippuen kemiallisista tekijöistä ja käytetyistä prosesseista.

Siirtyminen täyssähköisiin henkilöautoihin ja kuorma-autoihin edellyttää uudenlaista harkintaa ja ennen kaikkea avoimuutta kuljettajilta ja kaluston käyttäjiltä näiden uusien järjestelyjen osalta. Edessä oleva matka on joskus vaikea, varsinkin tulevan muutoksen ensimmäisinä vuosina. Vaihtoehtoa ei kuitenkaan ole, koska autotekniikan nykyisen tilan ja talouden perusteella millään muulla teknisellä vaihtoehdolla ei pystytä saavuttamaan lähes nollapäästöistä ilmastonsuojeluvaikutusta. Autovalmistajien on jatkettava akkuteknologian suorituskyvyn ja kestävyyden edistämistä ja muutettava nykypäivän monimutkainen tekniikka helppokäyttöiseksi innovaatioksi, jota ihmiset käyttävät mielellään. 

Kontakti Jonne Kuusisto Communications Consultant Nordic