Akkuteollisuudella menee lujaa. Yritykset ja valtiot käyttävät akkujen kehittämiseen miljardeja ja taistelevat sähköautojen räjähdysmäisesti kasvavista markkinoista. Myös suurten, tuuli- ja aurinkoenergiaa varastoivien kiinteiden akkujen kehitys etenee.
Professorit Poul Norby ja Johan Hjelm Tanskan teknillisestä korkeakoulusta ovat energian muuntamisen ja varastoinnin asiantuntijoita. Heidän mukaansa maailmanlaajuisessa kilpailussa halvimman ja tehokkaimman akun kehittämisestä voi nähdä trendejä. Koska akku on sähköautojen valmistajille suurin yksittäinen kuluerä, pyrkivät kaikki painamaan akun hinnan 100 dollariin kilowattitunnilta. Näin yleisimmän, 60 kilowattitunnin akun hinta painuisi hieman alle 5 000 euroon.
– Akkuteollisuus määrittää kehityksen suunnan, ja valmistajat kilpailevat valtavista markkinoista. Litiumakut hallitsevat markkinoita vuoteen 2030 asti. Vuonna 2025 akut ovat jo niin halpoja, että markkinat toimivat ilman tukia, Poul Norby sanoo.
Kansainvälisen energiajärjestön (IEA) ja Euroopan patenttiviraston (EPO) syyskuussa 2020 julkaisema raportti kertoo mittakaavasta. IEA:n mukaan sähköenergian varastointi kasvaa 50-kertaiseksi vuoteen 2040 mennessä. Sähkön tarve kasvaa 20 vuodessa 200 gigawattitunnista 10 000 gigawattituntiin, ja eniten energiaa tarvitaan sähköautoihin.
Valmistajat kilpailevat teknologioiden kehityksestä. Norbyn mukaan akkujen hinnat ovat jo laskeneet paljon ja kesto parantunut huomattavasti. Sähköautosivusto greencarreports.com:in mukaan keskihinta kilowattitunnilta oli viime vuonna 137 dollaria ja 100 dollarin tavoite on saavutettavissa vuonna 2024.
– Nykyään ei ajatella, että sähköauton akku uusitaan. Ennemmin vaihdetaan autoa ja kierrätetään akku, Norby sanoo. Monilla Tesloilla on ajettu yli 500 000 kilometriä ja Tesla kehittää parhaillaan miljoonan mailin akkua, hän jatkaa.
Japani ja Korea tutkimuksen kärjessä
Aasia ja Kiina ovat hallinneet akkujen valmistusmarkkinoita. Tutkimuksen osalta selviä johtajia ovat Japani ja Etelä-Korea, mikä näkyy EPO:n vuosina 2000–2018 käsittelemien akkupatenttien määrästä. Yhdeksän kymmenestä eniten patentteja saaneesta yhtiöstä on Aasiasta. Seitsemän japanilaisyhtiön listaa johtavat Panasonic ja Toyota. Korealaiset Samsung ja LG Electronics ovat sijoilla 1 ja 3, ja Eurooppaa edustaa vain viidenneksi tullut Bosch.
Raportin mukaan suuret toimijat lisäävät panostustaan jatkuvasti, Kiina (CN) lähestyy Euroopan (EPC) tasoa tutkimuksessa ja patenteissa ja Japani (JN) ja Korea (KR) hallitsevat markkinoita:
Syyskuun 2020 raportissa näkyvät 18 kuukautta aiemmin tehdyt, juuri julkistetut hakemukset.
Kiina hallitsee markkinoita
Patentteja koskevat luvut eivät kuitenkaan anna oikeaa kuvaa akkujen ja sähköautojen valmistajista, koska kiinalaispatenttien hakemuksia ei yleensä lähetetä EPO:lle. Kiina on kuitenkin ehdottomasti alan kärjessä.
– Kukaan ei pysty kilpailemaan kiinalaisen BYD:n kanssa. Se on jättiyhtiö, joka valmistaa valtavia määriä sähköbusseja ja -autoja, Poul Norby taustoittaa.
Vuonna 2020 Kiinan osuus markkinoista oli puolet, kun maassa valmistettuja sähköautoja myytiin 1,1 miljoonaa. Euroopassa valmistettuja sähköautoja myytiin tuolloin 500 000.
Konsulttiyhtiö McKinseyn mukaan Euroopan osuus on kuitenkin kasvanut vuodesta 2019, jolloin Kiinan osuus oli 57 prosenttia.
Yhtiön konsulttien mukaan kiinalaisyhtiöt ottavat uutta teknologiaa käyttöön ja kasvattavat tuotantoa muita paremmin. Viiden suurimman osuus maailman sähköautojen akuista oli 45 prosenttia vuonna 2019. Jo vuonna 2017 Kiinassa valmistettiin toisen sukupolven NMC-akkuja, kun eurooppalaiset olivat vasta kokeiluvaiheessa.
"Nykyään ei ajatella, että sähköauton akku uusitaan. Ennemmin vaihdetaan autoa ja kierrätetään akku."
Pohjoismaista akkumarkkinoiden suuri toimija
Yhdysvallat ja Eurooppa pyrkivät valtaamaan akkutuotantoa Kiinalta.
– EU:lla on vahva halu saada akkujen tuotanto Eurooppaan. Tuotanto on täysin automatisoitu ja työvoimakustannukset muodostavat nykyisin pienen osan akkujen hinnasta, Norby sanoo. Ruotsi ja Norja rakentavat gigatehtaita halpojen, uusiutuvia energialähteitä käyttävien akkujen massatuotantoon.
Pisimmälle on edennyt EU:n ja Ruotsin valtion tukema Northvolt, joka tekee yhteistyötä Volkswagenin, BMW:n, Volvon ja Scanian kanssa. Myös Norjaan nousee kaksi gigatehdasta. Freyr-yhtiö suunnittelee rakentavansa tehtaan, joka käyttää halpaa tuuli- ja vetyvoimaa ja valmistaa autoissa, lentokoneissa ja laivoissa käytettäviä akkuja sekä energian varastointiin käytettäviä kiinteitä akkuja. Norske Morrow Batteriesin gigatehtaassa on tarkoitus valmistaa myös Norjan öljyteollisuudesta peräisin olevaa, rikkiä hyödyntäviä litiumakkuja.
Jättiakkujen kehitys kiihtyy
Professori Johan Hjelmin mukaan myös suurten kiinteiden akkujen kehitys on edennyt. Hjelm tutkii virtausakkuja, joiden avulla voidaan varastoida tuulivoimaloiden tai aurinkokennojen tuottamaa energiaa ja joiden etuna on, että akun suorituskykyä ja kestoa voidaan säätää helposti.
– Jos on tarve varastoida energiaa 6-10 tuntia, lisätään ylimääräinen säiliö reaktoriin. Ratkaisua voidaan käyttää, kun halutaan varastoida aurinkokennojen energiaa, Hjelm kertoo. Korkeakoulu tekee yhteistyötä Visblue-yhtiön kanssa, joka toimittaa akkuja mm. saarille ja kotitalouksille, joiden tarvitsee varastoida energiaa.
– Virtausakkujen myynti lähti käyntiin hitaasti, mutta nyt niihin uskotaan. Alan toimijoita on etenkin Yhdysvalloissa, Kiinassa, Euroopassa ja Koreassa. Kehitys etenee suurtuotantoa kohti ja uusia ekologisuutta parantavia teknologioita on syntynyt, Hjelm sanoo.
Akkujen kierrätys lisääntyy
Virtausakkujen uudelleenkäyttö on helppoa, sillä akuissa käytetty ainesosa vanadiini on helppo erottaa uudelleen. Siksi kaivosyhtiöt ovat ryhtyneet vuokraamaan vanadiinia akkujen valmistajille, mistä voi muodostua kokonaan uusi liiketoimintamalli.
– Silloin maksetaan vain metallin käytöstä, mikä voi kysynnän kasvaessa nostaa hintaa akun käyttöiän aikana, Hjelm tarkentaa.
Norbyn mukaan myös litiumakkujen valmistajat pyrkivät lisäämään uudelleenkäyttöä. Nyt on kannattavaa kierrättää vain kallista kobolttia, mutta valmistajien odotetaan luopuvan sen käytöstä.
– Uudelleenkäyttöä täytyy ehdottomasti lisätä. Nykyään luodaan pitkälle kehitettyjä tapoja saada entistä useampia alkuaineita talteen, Poul Norby sanoo. Hän toteaa myös, että akut ovat ympäristöystävällisempiä yhä pidemmän kestoiän ansiosta.
–Sähköauton akku kestää nykyisin 10–15 vuotta ennen kuin sen kapasiteetti laskee 70-80 prosenttiin ja se on vaihdettava. Akkua voidaan kuitenkin hyödyntää aurinkoenergian varastointiin toiset 10–15 vuotta ja monia akun materiaaleja kierrättää senkin jälkeen.
