Sähköautojen myynnin kasvu ja toimitusketjuihin liittyvät häiriöt ovat nostaneet akkumetallien, kuten nikkelin, koboltin ja litiumin, hinnat korkeimmalle tasolle vuosiin. Keskeisiin akkumetalleihin liittyy monenlaisia haasteita, joita käydään seuraavassa läpi Reutersin artikkelin pohjalta.
Reutersin haastatteleman Benchmark Mineral Intelligencen (BMI) analyytikon Caspar Rawlesin mukaan raaka-aineiden hinta ja saatavuus alkavat akkukennojen hintaan. Kennovalmistajat alkoivat varoitella vuoden 2021 lopulla asiakkaitaan hintojen noususta.
Kuva 1. Sähköautojen litiumioniakkujen pitkään laskeneet hinnat ovat kääntyneet nousuun. (Lähde: Benchmark Mineral Intelligence / Reuters Feb 2022)
Mihin nikkeliä, kobolttia ja litiumia tarvitaan akuissa?
Sähköautojen akkuja varataan ja varausta puretaan liikuttamalla litiumioneja grafiittia sisältävän anodin ja eri materiaaleista valmistetun katodin välillä.
Katodeissa käytetään nikkeliä, joka tarjoaa pitkän käyttösäteen mahdollistavankorkean energiatiheyden.
Koboltin tehtävänä on varmistaa, että katodi ei kuumene tai syty tuleen. Koboltin ansiosta autonvalmistajat uskaltavat luvata ajovoima-akuille 8 – 10 vuoden takuun, selittää Reuters artikkelissaan.
Miten katodien kemiat ovat muuttuneet?
Katodeissa käytettävät akkukemikaalit ovat muuttuneet paljon viime vuosien aikana. Markkinoilla on useita eri akkukemioita.
Teslan akuissa käytetään tyypillisesti nikkeli-koboltti-alumiini (NCA) –akkuja, mutta yleisin akkukemia tällä hetkellä on nikkeli-koboltti-mangaani (NCM).
Alun perin NCM-akuissa oli sama määrä nikkeliä, kobolttia ja mangaania (”NCM111”). Nikkelin osuutta alettiin lisäämään energiatiheyden ja akkujen ajomatkan pidentämiseksi, jolloin siirryttiin käyttämään NCM532- ja NCM622-tyyppisiä kemioita. Useat autonvalmistajat tähtäävät nyt NCM811-akkukemiaan, kertoo Reuters.
Esimerkiksi LG Energy Solution toimittaa Teslalle akkukatodeja, jotka sisältävät 90 prosenttia nikkeliä.
Kuva 1. Juuri oikeanlaista kemiaa – markkinoilla on lukemattomia erilaisia akkukemioita. (Kuva: Accurec / ICBR 2021)
LFP-akut nousussa
Volkswagen ei halunnut kommentoida Reutersille akkukemioitaan, mutta asiantuntijalähteiden mukaan yhtiö käyttää NCM712-akkukemiaa.
Saksalaisjätti panostaa myös litium-rautafosfaattiakkuihin (LFP), koska niissä ei tarvita lainkaan koboltti tai nikkeliä, joiden saatavuuteen liittyy haasteita.
Kuva 2. LFP-akun katodissa käytetään nikkelin ja koboltin sijaan rautaa ja fosfaattia. (Kuva: Nickel Institute)
Volkswagenin mukaan LFP tarjoaa paljon latauskertoja pienemmällä kustannuksella. Volkswagen arvioi, että LFP-akut voisivat kattaa jopa 30 prosenttia yhtiön sähköautotarjonnasta. LFP-akkujen tuotantokustannus on huomatttavasti pienempi kuin NCM-akuilla. Ajomatkat LFP-akuilla ovat lyhyemmät, mutta ne ovat suosittuja Kiinan markkinoilla erityisesti kaupungeissa.
Litiumrautafosfaattiakut ovat turvallisempia käyttää, koska niiden sisältämät materiaalit eivät syty yhtä helposti tuleen kuin NCM- tai NCA-akkujen materiaalit. LPF-akut kestävät myös paremmin korkeita lämpötiloja. Kovin kylmästä LFP-akku ei tykkää: noin -20 C asteen lämpötilassa LFP-akku voi menettää jopa puolet nimellistehostaan. NCA- ja NCM-akkujen kohdalla kylmästä johtuva hukka on 30 prosentin luokkaa, listaa CEG.
Kuva 3. Benchmark arvioi, että NCM-akkukemia tulee hallitsemaan tällä vuosikymmenellä, vaikka LFP:n asema vahvistuukin. (Lähde: Benchmark Week, Dec 2021)
Miksi koboltista halutaan päästä eroon?
Yksi syy karsia koboltin osuutta sähköautojen akuissa on hinta: koboltin hinta Lontoon metallipörssissä huitelee noin 71 000 dollarissa tonnilta. Hinta on korkeimmillaan neljään vuoteen, kertoo Reuters artikkelissaan.
Toinen haaste liittyy koboltin tuotantoon: puolet maailman kobolttiesiintymistä sijaitsee Kongon demokraattisessa tasavallassa, johon liittyy korkea poliittisen epävakauden ja muiden häiriöiden riski. Kongo tuottaa tällä hetkellä yli 70 prosenttia maailman koboltista. Maan mainetta nakertaa koboltin pientuotanto, johon liittyy ihmisoikeuksiin ja lapsityövoimaan liittyviä ongelmia.
Kuva 4. Koboltin kaivostuotannon kehitys vuoteen 2030 saakka – Kongon valta-asema säilyy. (Lähde: Wood Mackenzie, lokakuu 2021)
Nikkelillä omat haasteensa
Reutersin mukaan myös nikkelin tuotantoon liittyy ESG-haasteita ESG on lyhenne sanoista Environmental, Social ja Governance. Sillä tarkoitetaan yhtiöiden ympäristö- ja yhteiskuntavastuuseen sekä hallintotapaan liittyviä asioita. (Lähde: Nordea)
Valtaosa sähköautojen akuissa käytettävästä nikkelistä tulee Reutersin mukaan Indonesiasta, jossa sitä tuotetaan HPAL-prosessilla (High Pressure Acid Leach). Indonesiassa tuotetun nikkelin hiilijalanjälki on korkea. Lisäksi pelätään, että maan hallitus antaa lopulta periksi ja sallii rikastushiekkojen dumppaamisen mereen.
Myös nikkelin hinta on noussut voimakkaasti: tammikuussa 2022 nikkelin hinta oli 24 435 dollaria tonnilta, korkeimmillaan sitten elokuun 2011.
Kuva 5. Suomalaisen Terrafamen tuottaman nikkelisulfaatin hiilijalanjälki on toimialan pienin. (Lähde: Terrafame / Sphera Solutions GmbH)
Myös litiumiin liittyy vastuullisuushaasteita
Myös litium on törmännyt ympäristö- ja sosiaalisiin haasteisiin, muistattaa Reuters artikkelissaan.
Tuorein esimerkki löytyy Serbiasta, jossa hallitus keskeytti Rio Tinton litiumhankkeen Jadarissa. Kaivoksesta oli tarkoitus tulla Euroopan suurin litiumkaivos, jonka tavoitteena oli tuottaa vuosittain 58 000 tonnia akkulaatuista litiumkarbonaattia.
Litiumin tuotanto riitä kattamaan kasvavaa kysyntää, mikä on nostanut litiumkarbonaatin hinnan Kiinassa yli 50 000 dollariin tonnilta, kertoo Benchmar Mineral Intelligence.
Kuva 6. Litiumkarbonaatin EXW China -hinta oli tammikuun 2022 puolivälissä jo 51 800 USD/kg. (Kuva: Benchmark Mineral Intelligence, 17 Jan 2022)
Kriittisemateriaalit.fi-sivusto on Huoltovarmuuskeskuksen Teknologiapoolin hallinnoima sivusto, joka seuraa suomalaisen teollisuuden kannalta kriittisten metallien ja mineraalien sekä elektroniikkakomponenttien markkinoiden kehitystä erityisesti jatkuvuudenhallinnan ja huoltovarmuuden näkökulmasta. Lisätietoa Teknologiapoolin toiminnasta: heikki.hernesmaa@teknologiateollisuus.fi
(Julkaistu 21.2.2022)
Lähteet:
- Explainer: Costs of nickel and cobalt used in electric vehicle batteries. Reuters, 3 Feb 2022.
- Cathode composition of battery cells: A three-way war. CIC energiGUNE, 17 Jan 2022.
- How to integrated black mass into a circular economy of lithium-ion batteries. Accurec, 26th ICBR confrence, Geneva. September 2021.
- Terrafame’s nickel sulfate production offers the lowest carbon footpring in the industry – altogether 60% lower than in conventional processes. Terrafame, 18 Sep 2020.
Lisää aiheesta:
NCM, NCA vai LFP: akkukatodien sota käydään kolmen kemian välillä
LFP 2.0: Koboltti- ja nikkelivapaan litiumrautafosfaattiakun vahva meno jatkuu
Kobolttituotannon kasvattaminen edellyttää sitoutumista ESG-tavoitteisiin
Litiumioniakkujen kierrätys: mustan massan salaisuudet (ICBR 2021)