17.11.2021

TEXT: Marcus Prest

Litiumjonbatterier är just nu den viktigaste batterivarianten. Litiumjonbatterier förekommer både i våra vardagsprylar och i elbilar. I Finlands berggrund finns alla nödvändiga metaller för att bygga litiumjonbatterier och batteriindustrin gör också stora investeringar i landet.

I och med den gruvdrift och de fabriker som nu både uppstår och expanderar kommer frågor om hur vi ska ordna vår energiförsörjning och förbrukning överlag. Oberoende av om vi fortsätter att konsumera som hittills eller om vi försöker dra ner på förbrukningen av resurser finns det val att göra. Gräver vi upp materialen vi behöver på vår egen bakgård eller importerar vid den från länder där industrin varken underställs samma miljökrav eller krav på arbetares rättigheter som här hemma? Försöker vi hållas i framkanten av en industri där vi har förutsättningar att klara oss eller överlåter vi utvecklingen åt andra?

Med största sannolikt kommer återladdningsbara batterier att ta en allt större plats i en palett av olika energisystem i ett samhälle som försöker ställa om från fossila bränslen till förnybara. Utvecklingen av olika typer av litiumjonbatterier pågår för fullt och det finns efterfrågan på folk som är kompetenta inom området. Det grundläggande kunskapsområdet inom batteriteknologin är elektrokemi.

– När folk hör ”elektrokemi” springer de sin väg, säger Johan
Bobacka, professor i analytisk kemi vid Åbo Akademi.

Påståendet behöver kanske preciseras: för att förstå att springa ifrån elektrokemin har man förmodligen en aning om varför ämnet är knepigt – vilket rimligtvis reducerar rymlingarna till en redan rätt allmänbildad skara. Så här säger Nationalencyklopedin om elektrokemi: ”Vetenskapen om samspelet mellan elektricitet och kemiska föreningar”.

Elektrokemi handlar både om att bilda elektricitet med hjälp av kemiska processer och starta kemiska processer med hjälp av elektricitet. Elektrolys av kemiska ämnen, en metod som används för att få fram metaller, är ett av elektrokemins viktigaste områden. Inom batteriteknologin används elektrolys för att få fram batterimetaller.

Elektrolys betyder, grovt taget, att leda ström genom en elektriskt ledande substans för att sönderspjälka och skapa ämnen, till exempel att spjälka vatten till vätgas och syrgas: När vattenmolekyler upptar elektroner bildas vätgas medan vattenmolekyler som avger elektroner blir syrgas. Dessa elektronöverföringar åstadkoms alltså genom att leda en ström genom en vattenlösning och för att göra det behöver man två elektriska ledare som är nedsänkta i en lösning som leder joner. Den elektriska ledaren som transporterar elektroner kallas elektrod, medan lösningen som transporterar joner kallas elektrolyt.

Elektrolyten kan vara syror, baser, salter eller vissa gaser under högt tryck. Det finns även en mängd andra ämnen som kan fungera som elektrolyter (som polymerer). I batterier är elektrolyten det elektriskt ledande material som finns mellan batteriets pluspol (katod) och batteriets minuspol (anod). Inom batteriteknologin hör sätt att göra övergången från kemisk energi till elektrisk energi så energieffektiv som möjligt till de aktuella forskningsområdena. Energieffektivitet betyder att få ut maximal mängd energi per massenhet eller volymenhet (högsta möjliga mängd volt per gram/kvadratcentimeter). Det gör man genom att, bland annat, välja rätt material, gärna ett material som inte är dyrt och sällsynt. En annan faktor i materialvalet är att man behöver använda sig av material som är stabila under höga temperaturer. I ett batteri vill man heller inte ha ämnen som förlorar eller ändrar sina egenskaper redan vid mindre temperaturförändringar och det är också bra om de inte exploderar väldigt lätt; man vill ha ett termiskt stabilt ämne – samtidigt som man i vissa applikationer vill ha material som kan ladda ur stor effekt snabbt. Dessa egenskaper kan ofta vara i konflikt med varandra.

– Det är förstås i skämtsam anda jag säger att folk skulle springa sin väg när de hör begreppet. Men jag har ofta upplevt att studerande känner sig lite obekväma med elektrokemi. Det kan eventuellt bero på att elektrokemin kombinerar två rätt olika fenomen, nämligen elektricitet och kemi. Många uppfattar dessa som helt olika områden och man är kanske intresserad av antingen elektronik eller kemi, men inte båda. Jag tror att det kan komma att ändra nu när batterier, bränsleceller och vätgas blir vanligare. För unga studerande är det en bra framtidsinvestering att lära sig lite elektrokemi.

Det är i själva verket naturligt att förknippa elektricitet och kemi. Atomer består av en positivt laddad atomkärna som omges av ett moln elektroner. Det är samma elektroner som strömmar i en elledning. Koppar, som elledningar oftast består av, är en god elektrisk ledare eftersom kopparatomens elektroner fritt kan röra sig inne i kopparmetallen. Strömmen som fås ur ett batteri härstammar från elektroner som lösgjort sig från atomer inne i batteriet.

VAD ÄR ETT BATTERI? Ett batteri, när man pratar om elektricitet och inte om till exempel uppvärmning, musik eller artilleri, är ett sätt att spara elektrisk spänning i ett kemiskt ämne för framtida bruk. Alla former av sparad energi som kan brukas för att generera elektricitet är inte elektrokemiska batterier. Det finns olika alternativ till att spara energi, som att förvandla överskottsenergi till latent kinetisk energi som kan tas i bruk för att driva en generator, det går att värma upp vatten eller andra ämnen för att använda värmeskillnaden, och vätgasbränsleceller är en helt egen teknologi.

Men fokus är här på elektrokemiska omladdningsbara-batterier som också kallas ackumulatorer (härifrån finskans akku istället för paristo som är batteri i meningen engångsbatteri). Dessa batterier, eller ackumulatorer, används i elektronisk utrustning, bilar och andra fordon och det teknologiska läget just nu ger vid handen att elektrokemiska omladdningsbara batterier är det mest praktiska för den uppgiften. Sedan början av 2000-talet har litiumjonbatterierna varit standardteknologin i prylarna i vår vardag och i våra fordon tack vare sitt fördelaktiga energi/volym-förhållande.

För att komma tillbaka till frågan om vad ett batteri är: I ett batteri vandrar elektroner från batteriets minuspol, anoden, via en förbrukare till en pluspol, katoden samtidigt som joner vandrar genom elektrolyten inne i batteriet från anoden till katoden. Detta sker när ett batteri används (urladdas) medan det omvända sker vid en uppladdning.

Förbrukare kan vara elektrisk motor, en lampa, vilken annan elektrisk apparat som helst. I förbrukaren omvandlas den elektriska strömmen till någon annan form av energi och den elektriska laddningen i batteriet förbrukas. I en motor omvandlas energin till kinetisk energi (rörelseenergi), i en lampa till ljus och värme, i en dator läcker energin iväg i form av värme (i processorn) och i ljus (skärmen), i en stereo blir elektriciteten förvandlad till vibrationer i membran (högtalarna) som ger upphov till ljud som förmedlas genom luft. Den elektriska strömmen vandrar sedan från förbrukaren vidare tillbaka till batteriets pluspol (katoden).

Det finns tre huvudkomponenter i ett litiumjonbatteri: anod, katod och elektrolyt.

Anoden består av grafit eftersom grafit tål ett stort flöde av litiumjoner utan att degraderas. Grafit är en form av kol, kemiskt passiv (den korroderar inte) och också den mest stabila formen av kol; grafit är till och med stabilare än diamant trots att grafiten är mjuk och formbar. (Grafit blir diamant under exceptionellt tryck medan diamant blir grafit under extrema temperaturer.) Det finns i nuläget inget ersättande ämne för grafit i litiumjonbatterier.

Katoden, pluspolen, består av litium med till exempel kobolt (i form av koboltoxid) som ett stabiliserande ämne – kobolten gör att batteriet blir mindre benäget att korrodera och det gör att batteriet har lägre risk att antändas (batteriet blir mer termiskt stabilt). Eftersom kobolt är en dyr metall försöker man ofta ersätta en del av kobolten med nickel, som har liknande, men inte identiska egenskaper.

ÄVEN ANDRA litiumföreningar kan användas som aktivt katodmaterial. På branschspråk kallas katodmaterialet cathode active material, eller CAM.

Elektrolyten består av litiumsalter upplösta i ett organiskt lösningsmedel där litiumjoner fritt kan röra sig mellan anod och katod. Vid uppladdning av ett litiumjonbatteri överförs elektroner från katoden till anoden, vilket betyder att katoden blir positivt laddad och anoden negativt laddad. Samtidigt strömmar litiumjoner genom elektrolyten från katod till anod. I detta tillstånd är batteriet laddat och uppvisar en viss spänning. När batteriet sedan används går reaktionerna i motsatt riktning och spänningen minskar. Om dessa processer vore helt reversibla skulle ett batteri kunna laddas och urladdas i oändlighet. Men sidoreaktioner vid uppladdning och urladdnings gör att batteriet så småningom förlorar sin kapacitet att lagra energi: Vi måste ladda mobiltelefonen allt oftare ju äldre batteriet blir.

Ett litiumjonbatteri består av ett antal sammankopplade battericeller. En battericell är den minsta enhet som kan generera elektricitet. Det som behövs för att tillverka att litiumjonbatteri är litium, kobolt, nickel och grafit, samt övriga material som behövs för elektrolyt och till de elektriska kontakterna behövs aluminium och koppar. Finland är EU:s största producent av nickel och EU:s enda koboltproducent.

LITIUM ÄR JUST NU och sannolikt långt i framtiden ett viktig batterimineral, både som katodmaterial och som elektrolytmaterial. I Finland har man hittat litium i koncentrationer som är tillräckligt stora för att vara intressanta ur industrisynpunkt i bland annat Kaustbytrakten där det finns pegmatitådror som innehåller kristaller av spodumenmineral.

– Litiumfyndigheter har uppstått då pegmatitmagma kristalliserats på 5 – 6 kilometers djup i berggrunden och sedan under miljontals år pressats upp. Senare erosion av berggrunden har gjort att den nu ställvis ligger framme som berg i dagen. Det betyder att man kan utvinna litium ur dagbrott, man behöver inte borra sig ner i underjorden för att få fram den, säger Henrik Wik, alumn från Åbo Akademi och geolog vid Geologiska forskningscentralen.

Att det är fråga om pegmatitådror ser man i grovkornigheten på bergets yta och att det är fråga om spodumenmineral ser man på den vitgrön-gul-aktiga glasaktiga färgen. Spodumenmineral är litiumaluminiumsilikat, en malm, och ur den utvinner man litium. Litium är det lättaste grundämnet som förekommer i fast form i rumstemperatur och, som namnet säger, den viktigaste beståndsdelen i ett litiumjonbatteri.

– För batteriindustrin är litium viktig eftersom den är en mycket reaktiv metall och det går att framställa batterier med en hög energidensitet.

Litiumfyndigheter kartläggs av Geologiska forskningscentralen, GTK, Wiks arbetsgivare. GTK är en statlig institution underställd arbets- och näringslivsministeriet med bland annat särskild fokus på forskning av Finlands berggrund och mineralfyndigheter för näringslivet. Wik jobbar annars mest med att kartlägga berggrunden vid potentiella byggnadsplatser men följer med MfÅA ut i terrängen söder om Kaustby för att förklara hur man går till väga när man vill undersöka ett områdes mineralförekomster.

– Vi har förstås från tidigare forskning och kartläggning en uppfattning om vad som borde finnas var. Men när vi rör oss ut i terrängen är till exempel kalhyggen intressanta då man där lätt får syn på stenar. På kalhyggen ligger också berg exponerat efter att skogsmaskiner varit framme. Var det finns nya kalhyggen får vi reda på ur Metsäliittos (skogsägarnas förbund) databas. Vi kör ut till de intressanta platserna och prickar av dem.

Även allmänheten lämnar ibland in intressanta stenar till GTK, stenar som kan innehålla malmer. Finner man fler exemplar av samma typ av sten kan det betyda att det finns en fyndighet i området. Ett annat sätt är att göra jordprov (moränprov). Genom analys av jordprov kan man få en hänvisning till vilka metaller förekommer i traktens berggrund.

– Litiumpegmatit hittar man rätt sällan. Ådrorna förekommer i svärmar. Man har inte hittat några större fyndigheter i Finland förutom här i Kaustbytrakten, på vissa håll i östra Finland och sedan i Forssa-Somerotrakten. Men faktum är, att om man utgår från de litiumfyndigheter man hittills hittat, så har vi i Finland bland de största kända litiumförekomsterna i Europa.

– Det är förstås bra ur batteritillverkningssynpunkt. Sedan kan man fråga sig vad det skulle innebära att ersätta alla bilar som nu är i bruk med batteridrivna. Jag gjorde en skissartad beräkning enligt de data som är allmänt tillgängliga. Då ser man att om man skulle gräva upp precis all litium som vi idag uppskattar att finns tillgänglig i världen så skulle vi kunna ersätta dagens bilpark. Men då är alltså litiumet slut.

FÖR ATT MINSKA koldioxidutsläppen inom Europeiska Unionen planerar vill EU ha minst 30 miljoner elbilar i trafik år 2030. Det betyder att efterfrågan på litium kommer att stiga tiofalt jämfört med dagens läge. Efterfrågan på grafit, kobolt, och nickel kommer likaså att öka markant.

De viktiga batteriämnena är litium (Li), nickel och kobolt (Ni, Co), grafit (C), och fosfor (P).

Litium förkommer allmänt i berggrunden men kan förekomma i koncentrerade mängder i bergarten pegmatit i mineralen spodumen. Men litium förekommer också i underjordiska saltsjöar, så kallade brines i Chile och i Argentina. I Europa finns litium i bland annat Finland och Portugal. Finlands fyndigheter är, så långt man kartlagt, bland de största i Europa.

Kobolt förekommer som sidoprodukt i nickel och koppar och bryts i flera aktiva gruvor i Finland som Kevitsa och Terrafame. Större delen av världens kobolt kommer från Kongo. Anrikningsverk av kobolt finns i Harjavalta (Boliden). Terrafame har byggt ett nytt koboltanrikningsverk i Sotkamo. Finland är en av världens största koboltproducenter (Newport i Karleby).

Det finns mycket grafit i Finland men utvecklingen av fyndigheterna är nästan obefintliga dels på grund av att Kina dominerar marknaden och reglerar priserna.

Fosfor finns i rikliga mängder i Finland. Fosfor används främst i framställningen av gödsel men kan även anses som ett batterimaterial i LFP, litium-järnfosfat batterier. LFP-batterier används exempelvis av Sandviks gruvmaskiner. En av världens största outvecklade fosforfyndigheter finns i Sokli Lappland.

Finland hör till de få läder som har tillgångar till alla nödvändiga batterimineral. Om infrastrukturen fanns på plats skulle Finland kunna tillverka egna batterier av egna råvaror. Därför planerar man också att skapa ett produktionsekosystem där hela värdekedjan från letning av batterimineral till tillverkning av battericeller skulle ske i Finland.

Det görs också stora investeringar i den finländska batteriindustrin. Här är några aktuella exempel: Nornickel ökar sin nickelproduktionskapacitet i Harjavalta med nästan det dubbla från och med 2026. BASF bygger även de fabrik i Harjavalta. BASFs fabrik ska producera batterimaterial. Terrafame i Sotkamo bygger en av världens största batterifabriker och kommer att kanalisera all nickel-koboltsulfid man utvinner till fabriken.

Valmet Automotive har nyss byggt en fabrik för tillverkning av bilbatterier i Salo. Produktionen av batterier har inletts. FREYR har ingått ett intentionsavtal om bygge av en battericellsfabrik i Vasa. Johnson Matthey har också ingått ett intentionsavtal om bygget av en batterimaterialfabrik i Vasa. (Efter att texten gått i tryck framgår det dock att Johnson Matthey dragit sig ur investeringen i Vasa, Red.)

TANKEN PÅ GRUVDRIFT sprider lätt en oro för miljöförstöring och en oro för att utländska gruvbolag alldeles för lätt kan anlägga gruvor och skeppa mineraler ur landet utan att betala ordentligt för sig. Rasmus Blomqvist, geolog från Åbo Akademi reder ut processen som behövs för att starta en gruva i Finland:

– Först måste man hitta något som är värt att ta tillvara, det vill säga, man behöver göra malmletning på lovande områden. För att få göra malmletning krävs tillstånd och det kan ta tid eftersom man ofta måste göra en grundläggande miljöundersökning som går ut på att kontrollera vattenkvaliteten i området, vilka djur- och växtarter i området som behöver skyddas och eventuella andra naturvärden som behöver tas i beaktande. Redan i det här skedet kan man konstatera att bara ett av tusen tänkta projekt blir gruva.

– Sedan behövs en miljökonsekvensbeskrivning som ger en helhetssyn på den miljöpåverkan den tilltänkta gruvan kan medföra. En genomförbarhetsstudie, en så kallad feasibility study, behövs också för att visa hur den tillgängliga malmen, den mängd malm som bedöms finnas i området, kan brytas på ett ekonomiskt lönsamt sätt.

– För att starta en gruva behövs ett godkänt miljötillstånd, ett godkänt byggtillstånd och ett godkänt gruvtillstånd.

Att få igenom dessa tillståndsprocesser kan dra ut på tiden. Redan i malmletningsskedet kan tillståndet överklagas och då går det till förvaltningsdomstolen, en process som kan ta två år, och sedan kan förvaltningsdomstolens beslut överklagas och då går ärendet till högsta domstolen. Men överlag gäller att om projektet är bra, ansökningen innehåller all relevant information, och om det inte finns större miljövärden som kommer i konflikt med projektet får man miljötillstånd, förutsatt att man gör allt rätt.

– Enligt min mening tar processen alldeles för länge. Det måste finnas ett sätt att snabba på den utan att för den skull kompromissa med miljöhänsyn. Den långa tillståndsprocessen gör att investerare inte vågar binda sig. Det borde finnas en deadline för hur länge tillståndsprocessen skall få ta.

Hur är det med utländska gruvbolag som lämnar avfall efter sig, till exempel Dragon Mining i Orivesi?

– Just i det fallet är det frågan om en gruva som till först drevs av Outokumpu som å sin sida sedan länge använt gruvan som avstjälpningsplats, så det var inte Dragon som ensamt var skyldigt.

– Men det är självklart dåligt och ansvarslöst att sådant händer och det ger dåligt rykte åt hela finländska gruvindustrin. Det är värt att påpeka att det finns mer än 40 gruvor i Finland, och de flesta sköter sig, men de får ändå ta de negativa konsekvenserna av att enskilda aktörer inte tar sitt ansvar.

Gamla gruvor är miljöproblem ännu idag. Så sent som på 1970- och ännu på 80-talet var miljöbestämmelserna betydligt lösare. Den nya gruvlagen från 2011 kräver bland annat att man måste ha en avslutningsplan för hur man städar upp efter sig när man utvunnit klart. Ingen gruva i Finland har startats sedan den nya lagen kom i kraft.

– Alla de fall som diskuteras har uppkommit under den gamla gruvlagen.

– I dagens läge används begreppet BAT, det vill säga Best Available Technology, den bästa tillgängliga teknologin, som referens för vad som förväntas av ett bolag som driver en gruva. Den uppdateras ständigt. Men samtidigt gäller förstås att det inte finns någon industri som inte har en miljöpåverkan.

Hur svarar du den som oroar sig för att de internationella gruvbolagen springer iväg med våra malmer och inte lämnar något av värde efter sig i landet?

– Förutom att de ger arbetsplatser betalar gruvbolagen företagsskatt och fastighetsskatt. Gruvor är stora investeringar och gruvbolagen lånar ofta pengar från moderbolaget för att finansiera bygget. I guldgruvan i Kittilä har det gjorts stora investeringar under en längre tid för att förlänga gruvans livslängd. I längden kommer gruvan att generera gott om skattepengar. Gruvan är redan idag den största arbetsgivaren i Kittilä och bara en sådan sak genererar förstås mycket värde för trakten och landet.

HUR SKA MAN PLACERA batteriteknologin och vårt beroende av den i ett större perspektiv? En del svar erbjuder Åbo Akademi nästa höst med ett utbildningspaket på fyra kurser kring batteriteknologi riktade både till studerande och till färdiga ingenjörer ute i arbetslivet som vill förstå området. Utbildningspaketet ska ge en förståelse av hela värdekedjan: från gruva till färdig produkt till återanvändning av samma produkt.

– Det är viktigt att förstå problematiken kring material. Man behöver ha en uppfattning om var olika mineraler finns, hur mycket det finns och vad det betyder att gräva upp dem och anrika dem. Ju mer batterier vi producerar desto mera material måste vi gräva fram. All typ av industriell verksamhet har en effekt på naturen och det finns oftast ett klart samband mellan volym och problem. Det vill säga ju större volymer desto större problem, säger Mikko Helle, key account manager för industrisamarbete vid Fakulteten för naturvetenskaper och teknik vid Åbo Akademi. Han medverkar också i arbetsgruppen som planerar utbildningspaket kring batteriteknik.

– Om vi till exempel vill att alla världens bilar ska bli batteridrivna är det inget vi åstadkommer med att knäppa i fingrarna. Varifrån ska vi ta dessa råmaterial och vad är konsekvenserna av att vi tar dem ur jorden? Och vad händer med batteriet sedan det är uttjänt? Vi måste kunna återanvända materialet.

Kurs ett i det nämnda utbildningspaketet kommer att handla om det ovanstående; geologi och miljökonsekvenser. Den andra kursen handlar om energisystem och omgivningen och hurdan roll olika system har. Den tredje kursen är tillämpad elektrokemi och batteriteknologi. Den fjärde kursen handlar om nanomaterial och om materialsidan i stort. Den handlar också om solceller, vilka material som behövs för att konstruera dem och dylikt.

– Eftersom kurserna också är inriktade på kontinuerlig utbildning så kommer en del av deltagarna endast att vara intresserade av att ta del av kunskapen men utan intresse att avlägga tent eller ta studiepoäng.

– Vi ser det här som en del av universitetens samhälleliga ansvar i att utbilda medborgare. Vi försöker ge en helhet som gör att en individ, förutom att förstå rent tekniska aspekter som en ingenjör behöver, kan få en översikt som gör att en kan ta ställning till frågor rörande gruvor i Finland, vad det betyder att vi har dem, vad det betyder att vi använder material som grävs upp i Kongo, och fler frågor i den stilen. Särskilt den första kursen som behandlar geologi ger möjlighet för till exempel humanister att sätta sig in i vilka utmaningar som finns i utformandet av samhället utifrån nya villkor.

Det finns också en fråga som är större än enbart varifrån vi tar våra material som handlar hur vi överhuvudtaget lever och förbrukar resurser. Det är till exempel svårt att hitta någon som säger att vi kan fortsätta konsumera på samma sätt som tidigare, oberoende av hur grön teknologin blir. Inom forskningen sätter man upp en balansgräns som bestämmer för vad man tar med i beaktande. Sätter man gränsen vid en enskild process, vid en hel fabrik, vid ett industrikluster, för hela landet, eller tänker man globalt?

– Om man tänker på utsläpp så är utsläppen från våra industrier på rätt låg nivå, våra processer och vår teknologi gör att vi är rätt gröna. Så om man enbart utgår från på hur man gör mest nytta för miljön kan det hända att man gjorde klokast i att satsa pengarna för att göra något åt industrier i andra länder istället för att försöka fila bort de sista procenten av utsläppen här hemma. Det är möjligt att peng arna gjorde mera nytta på det sättet. Men nya teknologier, eller snarare tillämpning och utveckling av redan existerande teknologier kommer att föra med sig omställningar hur vår infrastruktur ser ut och eventuellt också i hur vi förhåller oss till vårt energibruk.

– Framtiden kommer sannolikt att se ut så att vi har en mix av olika energisystem som är anpassade för olika användningsområden. Batteridrivna bilar i städer eftersom bilarna i sig är avgasfria. Vätgas för längre och tyngre transporter. Och olika typer av biobränslen för förbränningsmotorer.

Det som väl ofta triggar folk, är att man föreställer sig att alla slags anpassning till en livsform som gör mindre avtryck i miljön körs av ideologiskt drivna intressen, som om den livsform vi nu har inte drevs av intressen som på ett eller annat sätt är uttryck för någon slags uppfattning om världen eller vad som är viktigt?

– Det finns massor av frågor som handlar om hurdana liv vi vill leva och hur mycket vi ska förbruka. All industri har som sagt miljöpåverkan och en av frågorna är var den påverkan görs. Hemma hos oss eller någon annanstans? En del vill förbjuda att man överhuvudtaget letar efter malm, men jag undrar om det ändå vore bättre att vi vet vad som finns var – vem vet vad vi kommer att behöva i framtiden för att åstadkomma mera hållbara lösningar, och vem vet vilken typ av metoder som kommer att finnas för att få tag på det, det kan hända att vi kan hitta sätt att komma åt det vi vill ha utan att göra stor miljöpåverkan.

– Men samtidigt: jag vill inte heller ha Lappland uppgrävt eller Saimens vatten förorenat.

Relaterat

Återvinning: I den cirkulära ekonomin där man tar hand om både uttjänta produkter, sidoprodukter från industrin och avfall både från hem och industri har återvinningen av batterimetaller en allt större roll i framtiden. I dagsläget finns det ännu inte tillräckligt stor mängd kasserade batterier att ta hand om för att återanvändningen ska kunna vara en större faktor än den nu är, men behovet att återvinna växer snabbt.

Åbo Akademi-alumnen Kenneth Ekman är verkställande direktör för CrisolteQ, numera ett bolag ägt av Fortum som ska bygga en återvinningsanläggning för batterier i Harjalvalta. Anläggningen ska återvinna 80 procent av allt batterimaterial och upp till 95 procent av batterimetallerna.

Gruvan i Orivesi: I september 2018 upptäckte myndigheterna en olaglig avstjälpningsplats hos Outokumpus gamla gruva som australiensiska Dragon Mining driver i Orivesi. Avfall har i åratal systematiskt dumpats på tiotals meters djup och gruvledningen har varit medveten om verksamheten. Då gruvan fylls med vatten finns det risk att kringliggande vattendrag förorenas. Dragon Mining har erkänt att man dumpat avfall men vidhåller att avfallet är ofarligt blandavfall. Enligt Suomen Kuvalehti säger Dragon Mining att dumpningen av avfall har varit ”sed i landet” medan det de facto aldrig varit tillåtet att forcera ner avfall till 66 meters djup. Enligt SK vill Dragon Mining inte gräva upp avfallet eftersom det vore en mycket kostsam operation och samtidigt skulle man också se hur mycket avfall som dumpats. I utredningen av fallet misstänks även en tjänsteman för tjänstebrott. Närings-, trafik-, och miljöcentralen rekommenderar att Dragon Mining betalar för 69 procent av uppstädningsarbetet medan Outokumpu skulle betala 31 procent. Dragon
Mining vill att kostnaden delas 50/50. En uppstädningsplan måste inlämnas till NTM-centralen senast den 30 november 2021 för att parterna ska undvika böter.

Förbud mot malmletning och gruvdrift: I skrivande stund (mitten av oktober 2021) har en adress till regeringen samlat över 50 000 namn där man kräver att gruvlagstiftningen ändras så att vissa områden i Finland helt besparas från malmletning och gruvdrift. Områdena som man vill beskydda är unika vattendrag och andra värdefulla natur- och kulturlandskap. Till de skyddade områdena skulle höra alla Natura 2000-områden, alla havsområden, alla kustområden, alla folkparker och ödemarker.

Kobolt: Kobolt känner vi också som komponent i den för hälsan viktiga B12-vitaminen. I litiumjonbatterier behövs kobolt för att stabilisera katoden. Kobolt är ett kontroversiellt grundämne eftersom den främst grävs upp i Kongo och
rapporterna om hur det går till där är ingen munter läsning. Barnarbetskraft i koboltgruvorna är inte ovanligt. Kobolt är också dyrt. Ett sätt att reducera mängden kobolt i batterierna är att öka mängden nickel, men även om mängden kobolt per batteri skulle gå att banta radikalt kommer efterfrågan på kobolt fortfarande att stiga eftersom mängden batterier som tillverkas hela tiden ökar.

Därför är LFP-batterierna, alltså litium-järnfosfat-batterierna som till exempel Sandvik använder i sina gruvmaskiner intressanta eftersom de inte innehåller någon kobolt den behövs inte då katodmaterialet är stabilt. Problemet med LFP-batterierna är att deras energitäthet inte är lika bra. Det betyder att man får större och tyngre batterier för att motsvara samma kapacitet som vanliga litiumjonbatterier. Tekniikan Maailma skriver att man i Kina säljer Tesla Model 3 med LFP-batterier och att det är möjligt att sämre prestanda kan kompenseras med billigare pris på bilen.

Alternativa teknologier

Bränslecellteknologin

Bränslecellteknologin är ett annat spår i det gröna eldrivna samhället. Bränslecellen är ett aggregat där bränslet som är väte (vätgas) oxideras (blir syresatt) och bildar el. Biprodukten är vattenånga – det vill säga: det finns ingen egentlig förorening. Den eventuella miljöbelastningen beror på hur vätgasen framställs.

En bränslecell påminner om ett batteri i att det har två elektroder: en negativ (anod) och en positiv (katod) placerade kring en elektrolyt. I en katalysator som består av platina spjälkas väteatomerna upp i protoner och elektroner. Protonerna kan passera genom elektrolyten till katoden medan elektronerna inte kan det och i stället strömmar genom en yttre krets till katoden och åstadkommer därmed elektricitet. När elektronerna och protonerna återförenas med syre vid katoden bildar de vatten och värme som tillsammans tenderar att bli vattenånga – och det är biprodukten i processen.

En av de begränsande faktorerna i tillverkningen av bränslecellerna är tillgången till den dyra metallen platina som används som elektrolyt. Enligt Tekniikan Maailma är Sydkoreanska Hyundai Motor Group är ett av de stora teknologiföretag som satsar kraftigt på bränsleceller under ledorden ”Hydrogen Wave” (vätevågen). För Hyundai är inriktning särskilt inställd på bilar men om koncernen åstadkommer ett genombrott inom bränslecellsteknologin ligger vägen öppen för tillämpningar i stort sett var som helst där elektricitet behövs – dock ligger tyngdpunkten på fordon eftersom poängen är att kunna bygga mobila system med lång räckvidd och där ger bränslecellen ungefär dubbelt så stor verkningsgrad som en förbränningsmotor och utan att bli lika tung som ett kemiskt batteri – vilket är en relevant fördel vid längre och tyngre transporter. Detta eftersom man måste sätta samman många battericeller, vilket blir ett tungt batteri, för att åstadkomma tillräcklig spänning, och den spänningen behövs i sin tur för att kunna förflytta tung last.

Effekten, eller spänningen man får ut ur en bränslecell ligger just nu på något under 1 volt. Men liksom i batteriteknologin kan man sammankoppla ett antal celler för att få en högre spänning. Bränslecellsbilen Hyundai Nexos som nu finns på marknaden har en effekt på 95 kilowatt (i 1900-tals termer motsvarar det 127 hästkrafter) och nästa generations bränslecellsbilar säger Hyundai att kommer ha effekter på 100 (134 hk) och 200 kilowatt (268 hk).

Enligt Wikipedia, som hämtar sin information från Chalmers, ger bränslecellen en verkningsgrad på 70 procent jämfört med förbränningsmotorns 30 procent. Om man inte behöver bry sig om värmeutvecklingen (vilket man dock sannolikt behöver i ett fordon) kan man i stället för den dyra ädelmetallen platina använda den förhållandevis billiga järnmetallen nickel som katalysator i bränslecellen. Om man dessutom kan ta tillvara värmeutvecklingen kan verkningsgraden bli upp till 90 procent – men då pratar vi knappast om fordon utan om andra applikationer.

För att åstadkomma ett genombrott på samhällelig nivå räcker det dock inte enbart med att utveckla teknologi: det krävs ett gensvar i många olika branscher och investeringar. Fördelen med bränsleceller jämfört med batteriteknologi inom transport, är förutom den redan nämnda lättare vikten, snabbheten i att tanka vätgas jämfört med allt ladda ett batteri. Och förutom den rena prestandan finns också den inte alls obetydliga detaljen i att man inte behöver gräva upp terrängen i jakt på metaller för att få fram vätgas. Till skillnad från den vätgas som man kan hämtar ur naturgas, vilket har en negativ miljöpåverkan, kan det som kallas grön vätgas produceras genom elektrolys av vatten med hjälp av sol- och vindenergi. Grön vätgas är alltså vätgas som produceras utan negativ miljöpåverkan.

Nackdelen med bränslecellsteknologi som drivsystem inom transport är att det behöver byggas ut ett nätverk av vätgastankstationer, som i sig är en omfattande infrastruktursatsning. Förutom Hyundai har stora biltillverkare har åtminstone BMW, General Motors, Honda, Toyota och Volvo Trucks i samarbete med Daimler Truck AG gjort satsningar på bränslecellsteknologin.

Läser man lite runt på nätet förutspås bränslecellsteknologin slå igenom inom transporter tidigast på 2030-talet men det kan lika gärna dröja flera decennier till. Volvo Trucks skriver att man ser bränslecellen som en del i en palett där batteridrivna fordon med fördel kan utnyttjas i urbana miljöer medan bränslecellen kommer till sin rätt vid långa och tunga transporter.

Kinetisk energi
Att jobba mot och med gravitationen genom lyfta upp tunga betongblock, till exempel i torn högt över marken med lyftkran eller genom att kuska järnvägsvagnar lastade med betong upp på en hög höjd är sätt att förvandla överskottselektricitet till latent kinetisk energi som i sin tur igen kan förvandlas tillbaka till el när det finns efterfrågan. I båda fallen handlar det om ett slags kinetiska batterier.

Energy Vault är ett schweiziskt bolag som har tornkonceptet där betongblock fästa i vajrar driver generatorer när man låter tyngdkraften arbeta (se bilden nedan) och kaliforniska ARES (Advanced Rail Energy Storage) har byggt ett rälssystem med vagnar som driver generatorer när de åker ner för höjder. Båda koncepten verkar, åtminstone principiellt, genialiskt enkla.