Sähköauton akku on epäekologinen ja siksi nyt on kehitteillä ilmastoystävällisempi vaihtoehto, suola-akku, joka saattaa olla suuri pelastajamme

Suurempien ja tehokkaampien akkujen odotetaan ratkaisevan kaikki energia-alan muutokseen liittyvät haasteet, mutta professorin mukaan myös kuluttajien tulisi miettiä metallinkulutustaan.

akut
Kuva Boradbit Batteriesin toimitusjohtaja David Brownista ja natriumakkupatterista
BroadBit Batteriesin toimitusjohtaja David Brown haluaa korvata litiumioniakut suolasta, hiekasta, hiilestä ja rikistä valmistetulla teknologialla.Ghadi Boustani / Yle

Akuille on povattu iso rooli ilmaston lämpenemisen pysäyttämisessä puoleentoista asteeseen. Erityisesti sähköistyvään liikenteeseen ja uusiutuvan energian pitkäaikaiseen varastoimiseen tarvitaan yhä tehokkaampia ja pitkäkestoisempia akkuja.

Nykyajan teknologia älypuhelimista sähköautoihin nojaa edelleen pitkälti fyysikko John Goodenoughin 30 vuotta sitten keksimään litiumioniakkuun. Litiumioniakkujen ongelmana ovat kuitenkin raaka-aineiden louhinnasta ja jatkojalostuksesta aiheutuvat hiilidioksidipäästöt ja ympäristöhaitat. Suomesta ounastellaan jopa akkujen mahtimaata litium-, koboltti- ja nikkelilöydösten vuoksi.

Vaihtoehtoja litiumioniakuille kuitenkin on.

Esimerkiksi espoolainen startup Broadbit Batteries kehittää parhaillaan uutta natriumiin perustuvaa akkuteknologiaa. Suola-akkukaan ei ole ratkaisu kaikkiin tarpeisiimme, sillä se ei sovellu kokonsa puolesta esimerkiksi puhelimiin. Myös liikenteeseen tarvitaan erilaisia energian muuntamisen ja varastoinnin menetelmiä – akkujen rinnalle.

BroadBit Batteriesin toimitusjohtaja David Brown, mistä suola-akku on valmistettu?

Suolasta, hiilestä, rikistä ja hiekasta. Kuori valmistetaan yleisistä ja edullisista metalleista. Suolaa saadaan merivedestä ja suolakaivoksista, hiiltä saadaan kivihiilestä ja selluloosasta. Rikki on öljynjalostuksen sivutuote, jolla ei ole teollista käyttöä. Nyt voimme käyttää sitä. Ja hiekkaa on kaikkialla.

Miten suola-akku toimii?

Teknologia on ainutlaatuinen ja täysin erilainen kuin litiumioniakuissa. Silti se sopii lähes kaikkiin samoihin paikkoihin, joissa litiumioniakkuakin voitaisiin käyttää.

Kuva Broadbit Batteriesin natriumakkupatterista ja taskulampusta
Suola-akun kemia on testattu toimivaksi tietyissä laitteissa kuten taskulampuissa. BroadBit Batteriesin tähtäimessä ovat kuitenkin suuremmat markkinat, kuten autoteollisuus ja energian pitkäaikainen varastointi.Ghadi Boustani / Yle

Miksi litiumista pitäisi päästä eroon akkuteknologiassa?

Litiumioniakkuteknologia on riippuvainen harvinaisista ja kalliista metalleista, joiden louhinta aiheuttaa ympäristökustannuksia. Koboltti on litiumioniakun raaka-aineista harvinaisin ja kallein eikä sitä ole tarpeeksi maailmassa kattamaan kaikkien akkujen tarpeita.

Voiko suola, hiekka, hiili ja rikki loppua maailmasta?

Se vaatisi paljon, että niin voisi tapahtua. Ne ovat kaikki kierrätettävissä. Kaikkea on valmiiksi saatavilla, joten louhinnan ympäristöä rappeuttavasta vaikutuksesta ei tarvitse huolehtia. Suola, hiekka, rikki ja hiili ovat halpoja, eikä millään valtiolla ole ylivaltaa näihin resursseihin.

Miksi materiaalien paikallisuus on tärkeää?

Se on tärkeää sekä ekologisista että taloudellisista syistä. Esimerkiksi kobolttia saadaan vain muutamista maailman kolkista. Suomestakin sitä saadaan, mutta suurin osa koboltista tulee erittäin haastavista paikoista ja kehitysmaista. Litiumioniakkujen kuljetukseen liittyy myös turvallisuusriskejä, sillä niihin jää aina varausta. Jos akut valmistetaan paikallisesti, niitä ei tarvitse kuljettaa paikasta toiseen. Toisaalta suola-akut saa tyhjennettyä kokonaan, jolloin myös niiden kuljettaminen on turvallista.

Missä kaikissa laitteissa suola-akku voisi korvata litiumioniakun?

Parhaimmillaan suola-akku on sähköautoissa ja sähkön pitkäkestoisessa varastoinnissa. Akkuteknologiassa on aina tehtävä kompromisseja tehon ja pitkäkestoisuuden suhteen; kuinka paljon akku pystyy hetkellisesti antamaan ulos energiaa ja kuinka pitkään se kestää. Vaikka suola-akut ovat suhteellisen kevyitä, tilavuudeltaan ne ovat liian suuria esimerkiksi älypuhelimiin.

Missä vaiheessa kehitystä olette nyt?

Olemme jatkotutkimus- ja kehitysvaiheessa; olemme siis todistaneet, että kemiamme toimii. Tällä hetkellä olemme saaneet lataussyklien määräksi 250. Se sopii vasta tiettyyn markkinarakoon, mutta esimerkiksi sähköautoihin ehdoton minimi on 500 lataussykliä. Lähestymme sitä, mutta emme ole vielä tavoitteessamme eli tuhansissa lataussykleissä. Esimerkiksi tällä hetkellä Tesla-sähköautossa on 800 lataussykliä, jonka jälkeen akun saa ladattua enää 80-prosenttisesti täyteen.

Nykyisten litiumioniakkujen hinta on noin 200 dollaria kilowattitunnilta. Minkä hintainen suola-akku on verrattuna litiumioniakkuun?

Meidän tavoite on saada hinnaksi alle 70 dollaria kilowattituntia kohden. Teslan toimitusjohtaja Elon Muskin unelmana on saada yhden kilowattitunnin hinnaksi 125 dollaria.

“Maapalloa ei pelasteta suurempia ja tehokkaampia akkuja rakentamalla”

Annukka Santasalo-Aarnio laboratoriossaan.
Annukka Santasalo-Aarnion mielestä on parempi, että harvinaiset metallit louhitaan tarkoin kontrolloiduissa suomalaisissa kaivoksissa kuin kehitysmaissa.Petteri Juuti / Yle

Aalto-yliopiston energian konversion ja varastoinnin professori Annukka Santasalo-Aarniolla on akkukrapula. Hän muistuttaa, että maailmaa ei pelasteta pelkästään suurempia ja tehokkaampia akkuja rakentamalla. Niin litiumioni- kuin natriumakkujenkin rinnalle on kehitettävä myös muita ratkaisuja.

Miksi puhutaan vain litiumioniakuista?

Litium on kevyin mahdollinen metalli, ja siksi se on tärkeässä roolissa energian varastoinnissa. Se on erinomainen liikuteltaviin ja kannettaviin sovelluksiin.

Mikä on akkukrapula?

Akuille on luotu isot paineet ja toivotaan, että ne ratkaisisivat kaikki ongelmat, joita liittyy energia-alan muutokseen. Ne eivät pysty kuitenkaan välttämättä lunastamaan tätä roolia. Akuilla on omat käyttöalueensa, joissa ne ovat todella hyviä. Mutta mitä suurempiin liikennesovellutuksiin mennään, akku ei enää ole parhaimmillaan, jos sitä väkisin pusketaan niihin. Suomessa tarvitaan monenlaisia ratkaisuja liikenteeseen, sillä meillä on pitkät etäisyydet. Yhdellä teknologialla ei pystytä fossiilisia polttoaineita korvaamaan.

Minkälaisia muita ratkaisuja on kehitteillä natriumakkujen lisäksi?

Akkujen lisäksi sähköä voidaan varastoida muun muassa lämpöön tai kemiallisiin sidoksiin. Esimerkiksi nestemäistä hiilivetyä voi käyttää nestemäisenä polttoaineena autoissa.

Tarvitaanko tulevaisuudessa enää litiumia?

Litiumia tarvitaan erilaisissa akkukemioissa tulevaisuudessakin. Myös pienissä laitteissa litiumakkuja tulee olemaan vielä pitkään. Lisäksi erilaisia metalleja tarvitaan teräksien valmistuksessa. Metallikuoret akuissa suojaavat kuluttajaa ja pitävät kemikaalit akun sisällä. Kaikkea ei voi valmistaa biohajoavista materiaaleista.

Mikä on kuluttajan vastuu energia-alan murroksessa?

Jos haluamme ostaa puhelimia, meidän on hyväksyttävä, että jossain niitä metalleja louhitaan. Eurooppalaisten kaivosten työolosuhteet ja ympäristö- ja turvallisuustaso ovat hyvällä tasolla verrattuna esimerkiksi kehitysmaissa tapahtuvaan metallien louhintaan. Meidän kannattaa miettiä myös, voisimmeko vähentää omaa metallinkulutustamme. Esimerkiksi älypuhelimet ovat hyvin materiaali-intensiivisiä eli pienissä laitteissa on sidottuna hirveä määrä metallia. Ympäristöystävällisintä olisi päivittää vanha puhelin sen sijaan, että ostaisi aina uuden.

Aalto-yliopiston sähkökemian professori Tanja Kallio, onko suola-akku oikeasti varteenotettava vaihtoehto litiumioniakulle?

Suola-akkuja tutkitaan laajalti. Se on lupaava teknologia materiaalien saatavuuden vuoksi ja soveltuu erityisesti kiinteän varastoinnin puolelle. Matka tutkijan pöydältä todella varteenotettavaksi tuotteeksi on kuitenkin pitkä turvallisuus- ja luotettavuussyistä. Suola-akkuja käytetään samantyyppisesti kuin litiumioniakkuja, ja siksi niiden kehityssykli voisi olla nopeampi kuin muiden energian konversio- ja varastointimuotojen.

Juttu korjattu 4.7.2019 kello 12.49: Jutussa puhuttiin aiemmin akkujen latauskerroista, kun oikea termi on lataussykli. Yhdellä lataussyklillä tarkoitetaan sitä, että akusta on käytetty 100 prosenttia vastaava kapasiteetti.

Lue seuraavaksi:

Ahvenanmaan pimeisiin tunneleihin kaavaillaan uuden ajan Sampoa – voiko uudenlainen teknologia ratkaista tuulienergian varastointiongelman?

Netti syö kasvavalla tahdilla sähköä ja suurin syyllinen ovat nettivideot – "Epämiellyttävä totuus, josta ei haluta puhua"

Pertti Lamberg torjuu ilmastonmuutosta ja avaa litiumkaivosta Pohjanmaalle – Tarmo Mård pelkää lapsuuden jokensa menevän pilalle

Tutkimus: Arktisilla alueilla tulee säännellä tarkemmin kaivostoimintaa

Litium, tuo maaginen 10 grammaa, jota ilman et tule toimeen