Bændablaðið - 01.11.2018, Blaðsíða 24

Bændablaðið | Fimmtudagur 1. nóvember 201824
TÆKNI&VÍSINDI
Efast um ágæti á lithium-ion rafhlöðum í bíla:
„Getur ekki einhver komið með
góða lausn á rafhlöðumálinu?“
– spyr Elan Musk, framleiðandi Tesla-bílanna, og bíður eftir svari eins og fleiri
Stöðugt eru að koma á markað
nýjar gerðir rafbíla sem eru
með stærri rafhlöður og komast
lengra. Eigi að síður hafa
bílaframleiðendur verulegar
áhyggjur af rafhlöðunum sjálfum.
Meira að segja Elan Musk,
framleiðandi Tesla-bílanna, telur
þær ekki nógu góðar og séu í raun
enn á tilraunastigi.
„Getur ekki einhver komið með
góða lausn á rafhlöðumálinu?“ spyr
Musk á vefsíðu The Verge. – „Við
myndum elska slíkt.“
Í nær öllum rafbílum og
raftækjum, símum og fartölvum
sem eru á markaðnum eru lithium-
ion blautrafhlöður. Þær hafa þann
galla að raflausnin er á stöðugri
hreyfingu og við núning sem þá
myndast verður til hiti sem stundum
hefur valdið sjálfsíkveikju. Tesla-
bílar hafa einmitt nokkrum sinnum
orðið fyrir barðinu á sjálfsíkveikju.
Samstarf og eignarhald Toyota
í Tesla var m.a. tilkomin vegna
hugmynda Toyota um þurr-rafhlöður
eða það sem kallað er solit-state.
Upp úr þessu samstarfi slitnaði í
fyrra og viðurkennt hefur verið að
verr hafi gengið að hanna nothæfar
solit-state þurrrafhlöður en vonast
var til. Slíkar þurrrafhlöður eru ekki
taldar eins hættulegar með tilliti til
íkveikju.
Þurrrafhlöður í stað votra
lithium-ion rafhlaða
Annar frægur rafbílahönnuður,
Henrik Fisker sem stofnaði Fisker
Autimotive, kynnti glæsilegan
tvinn-sportbíl til sögunnar fyrir
nokkrum árum, en það ævintýri
endaði með gjaldþroti. Hann hefur
nú stofnað nýtt fyrirtæki, Fisker Inc.,
og einblínir á hreinræktaða rafbíla.
Hann hefur þó ekki frekar en aðrir
fundið almennilega lausn og mun
notast við lithium-ion rafhlöður frá
LG. Hann segist þó í samtali við The
Verge alvega vera að komast á það
stig að geta kynnt solit-state rafhlöðu
sem hægt yrði að nota í bíla. Slíkt
hafa líka mjög margir aðrir fullyrt á
undnaförnum áratugum.
Hráefnið kóbalt er ekki
ótakmarkað
Annar galli sem bæði
framleiðendur rafbíla og raftækja
hafa vaxandi áhyggjur af er að
hráefnið kóbalt, sem er lykilefni
í lithium-ion rafhlöðurnar, fer
þverrandi. Óttast menn nú að með
ört vaxandi eftirspurn eftir slíkum
rafhlöðum dugi kóbaltnámur
heimsins vart í marga áratugi
í viðbót. Þá er ljóst að aukin
eftirspurn mun leiða til stöðugra
hækkana á hráefnisverðinu og þar
með rafhlöðunum sjálfum. Þess
vegna leita menn nú logandi ljósi
að lausn í gerð rafhlaðna með efni
sem nægt framboð er af og að þær
verði ódýrari í framleiðslu.
Er lausnin fólgin í natríum-
kalíum rafhlöðum?
Fjallað er um þessar áhyggjur af
kóbaltskorti í Science Daily þann
19. júní síðastliðinn. Þar er líka
greint frá því að vísindamenn hafi
fundið út að rafhlöður sem byggja
á notkun á kalíum gæti verið lausnin
að ódýrum rafhlöðum. Er þar vísað
í vísindamenn hjá Georgia Institute
of Technology sem telji sig hafa
sannanir fyrir því að að rafhlöður
sem byggi á notkun natríum og
kalíum geti leyst lithium-ion
rafhlöðurnar af hólmi.
Hingað til hafa tilraunir með
slíkar rafhlöður sýnt að þær
endast afar illa, enda er natríum
mjög óstöðugt og rokgjarnt.
Vísindamenn Georgia Institute of
Technology segja að slíkt þurfi ekki
endilega alltaf að vera niðurstaðan.
Segja þeir að þótt natríum-kalíum
rafhlöður hafi kannski ekki betri
hleðslueiginleika en núverandi
lithium-ion rafhlöður, þá sé
hráefnið í slíkar rafhlöður víða að
finna og mun ódýrara. Rannsóknir
sínar birtu þeir í vísindaritinu
Joule. Var verkefnið m.a. styrkt af
National Science Foundation og
orkumálaráðuneyti Bandaríkjanna.
Kuldi getur tafið hleðslu rafbíla
umtalsvert
Í ágúst síðastliðinn var svo kynnt
ný rannsókn Idaho National
Laboratory sem sýnir að í kulda
verði hleðsla á lithium-ion
rafhlöðum stöðugt hægvirkari.
Getur þar munað allt að 36%
hægari hleðslu við 0° á Celsíus
[32°F] miðað við hleðslu í 39
gráðu hita.
Ástæðan er að kuldi hefur
mikil áhrif á fljótandi raflausnina
í rafhlöðunum. Því sé m.a. í
rafhlöðunum stjórnbúnaður sem
hamlar of hraðri hleðslu sem getur
skemmt rafhlöðurnar.
Þessi áhrif kulda hafa verið
þekkt um langan tíma, segir Yutaka
Motoaki hjá rannsóknarteymi INL
í þróuðum ökutækjum. Þar hafi þó
skort þekkingu og rannsóknir því
tilraunir hafi allar miðast við notkun
á litlum lithium-ion rafhlöðum við
aðstæður á rannsóknastofum. Því
gefi framleiðendur yfirleitt ekki
upp nákvæma endurhleðslutíma og
taki ekki heldur fram breytileika
eftir hitastigi.
Motoaki segir að tilraunin sem
gerð var á flota rafknúinna Nissan
Leaf leigubíla í New York hafi
miðast við að finna út hvaða áhrif
lækkað hitastig hefur nákvæmlega
á hleðsluna við raunverulegar
aðstæður utandyra. Einnig hvernig
mismunandi aðstæður hafa áhrif á
niðurbrot rafhlaðnanna við meira
en 500 endurhleðslur. Hitastigið
sem prófanirnar fóru fram í var á
bilinu -10 gráður á Celsíus [14 á
Fahrenheit] upp í 39,4°C [103°F].
/HKr.
Sprenging í eftirspurn á bláa gullinu kóbalti,
samdráttur í framleiðslu og verðið rýkur upp
– Auðlindin er afar takmörkuð og búast má við ört hækkandi verði á rafhlöðum í bíla
Eftirspurn eftir kóbalti sem er
uppistaðan í hráefninu í rafhlöðum
í bíla, síma og ýmis raftæki hefur
stóraukist á síðustu árum og fer
ört vaxandi. Framboðið er þó
mjög takmarkað svo verðið hefur
hækkað hröðum skrefum.
Samkvæmt frétt tímaritsins
Canadian Mining fyrr á þessu ári þá
hækkaði verð á kóbalti, eða því sem
vestan hafs er líka nefnt „bláa gullið,“
um 120% á árinu 2017. Þá gera spár
ráð fyrir að eftirspurn eftir kóbalti
aukist um allt að 4.500% fram til
2030. Er því búist við ört hækkandi
verði á lithium-ion rafhlöðum í bíla
og önnur rafhlöðuknúin tæki.
Helstu kóbaltnámur heims eru
í Kongó, en það finnst þó víðar
og er þá hliðarafurð við vinnslu á
nikkel og kopar. Fyrri utan Kongó er
kóbalt m.a. framleitt sem hliðarafurð
annarrar námuvinnslu víða um heim.
Samdráttur í kóbalt-framleiðslu
Samkvæmt tölum Cobalt Invest
News var heimsframleiðslan á
kóbalti 2017 um 110.000 tonn og
hafði þá dregist saman á milli ára,
en hún var 111.000 tonn árið 2016.
Langmest var framleitt af kóbalti
í Kongó á árinu 2017, eða 64.000
tonn, þá kom Rússland með 5.600
tonn. Ástralía með 5.000 tonn,
Kanada með 4.300 tonn, Kúba með
4.200 tonn, Filippseyjar með 4.000
tonn, Madagaskar með 3.800 tonn,
Papua Nýja Gínea með 3.200 tonn,
Sambía með 2.900 tonn og Nýja
Caledonia var í tíunda sæti með
2.800 tonn. Það vekur athygli að
Kína náði ekki inn á lista yfir 10
stærstu kóbalt-framleiðsluríkin 2017
eftir að hafa verið í öðru sæti á árinu
2016.
Í Kanada er vaxandi áhugi
fyrir vinnslu á kóbalti. Fyrirtækið
Pancontinental Gold Corporation í
Kanada hefur verið að sækja eftir
leyfum til vinnslu út fyrir landamæri
Kanada og þá í Suður-Karólínu í
Bandaríkjunum. Það hefur líka verið
að útvíkka starfsemi sína í Kanada
og keypti m.a. 100% hlut í námunni
Montcalm West Nickel-Copper-
Cobalt Project sem er staðsett um 65
km norðvestur af bænum Timmins
í Ontariofylki. Úr þessari námu
hafa fengist 3,9 milljónir tonna af
málmgrýti í gegnum tíðina. Úr því
hafa fengist um 1,25% hlutfall af
nikkel, 0,67% kopar og 0,051%
kóbalt.
Kóbalt og lithium lykilhráefni í
nútíma rafhlöður
Ein meðalfartölva inniheldur
meira en eina únsu (28,35 grömm)
af kóbalti og meðal lithium-ion
rafhlaða í rafmagnsbíl inniheldur
meira en 13,5 kg af kóbalti. Í slíkri
rafhlöðu er hins vegar ekki nema um
113–245 grömm af lithium á hverja
kílówattstund (kWst) af raforku sem
rafhlaðan geymir. Það þýðir að í
meðal rafhlöðu í rafbíl í dag getur
verið í kringum 2 til 4 kg af lithium.
Lithium er ekki ótæmandi auðlind
frekar en kóbalt. Tölur um vinnanlegt
magn af lithium í heiminum eru
mjög á reiki, en þar er nú farið að
reikna inn vinnanlegt málmgrýti sem
ekki þótti áður árennilegt vegna ört
hækkandi heimsmarkaðsverðs. Hafa
áætlanir um vinnanlegt magn því
hækkað úr 10,6 milljónum tonna
í 28,4 milljónir tonna samkvæmt
tölum National Research Council
Panel.
Heimsframleiðslan á lithium um
43.000 tonn
Samkvæmt tölum Lithium Investing
News jókst heimsframleiðslan á
árinu 2017 um 13% frá árinu 2016
og fór í 43.000 tonn. Þar af fóru um
46% í rafhlöður í bíla, um 27% í
keramikvinnslu og glergerð og um
7% í framleiðslu á smurfeiti. /HKr.
Smásjármynd af kóbalti, eða bláa gullinu.
Elan Musk hefur þótt afar framsýnn frumkvöðull og mikill talsmaður
rafbílavæðingar. Hann gerir sér þó grein fyrir göllum þeirra rafhlaðna sem
Logandi Tesla-bifreið er áminning um hvað lithium-ion rafhlöðurnar geta verið varasamar. Enn hefur ekki tekist að
búa til nothæfar lithium-iona þurrrafhlöður (solit-state) til að minnka hættuna á sjálfsíkveikju. Vegna þessa hafa
slökkviliðsmenn m.a. hér á landi þurft að tileinka sér sérstaka tækni við að meðhöndla slíka bruna.