Ressursklemma: Hvor lenge varer litiumet?

Mange velger i dag elbil, spesielt i Norge, hvor insentivene er gode. Teknisk sett dekker dagens elbiler mange behov. De fleste kjører imidlertid ganske kort, men fram mot 2020 kan man lett se for seg at utvalget av elbiler som kjører langt, som Tesla Model S, eller ladbare hybridbiler, er så stort at man kan velge bil som kan gå helt eller delvis på fornybart drivstoff i alle bilsegmenter.

En voldsom økning i elbilsalget har før med seg en del spørsmål, som: «hvor skal strømmen komme fra?», «er det ikke energikrevende å produsere batteriene?», og «hva skjer med batteriene når de er utslitte?». Et annet spørsmål som dukker opp er: «Hvor lenge har vi nok litium til alle litiumbatteriene?»

Spørsmålet er overordnet et spørsmål om ressurser, som ikke bare rammer litium, men også alle andre ressurser, som stål, aluminium og kobber, men også naturligvis skog, rent vann, dyrkbar mark. Det meste er under press. Vi kan merke oss at litium ikke er det eneste materialet som er egnet til å lage batterier. Aluminium og sink er også egnet i lignende teknologi som dagens li-ion-batterier, og er mer vanlige i jordskorpa. Forskning foregår over hele verden, både for å lage bedre li-ion-batterier, men også for å lage helt nye typer batterier.

La oss likevel holde oss til litium, siden det er ett av premissene for en overgang fra fossilbiler til elbiler slik situasjonen er i dag. Batterier er også relevant for hybridbiler, ladbare hybrider, og hydrogenbiler, men i rene elbiler utgjør de naturlig nok en større del av ressursbruken til bilen.

I dag bruker i prinsippet alle elbiler litiumbatterier for å lagre energi. Det finnes naturligvis blysyre-batterier (som vi finner i fossilbiler til å drive det elektriske anlegget og startmotoren) og nikkel-metall-hydrid-batterier i f.eks. Toyota Prius (ikke-ladbar). I framtida kan man se for seg at man kan lage batterier med andre stoffer enn litium, eller ved å bruke vesentlig mindre litium.

Litium brukes også til en rekke andre ting enn batterier. I 2007, før elbil begynte å ta av, brukte man litium i batterier til mobiler og datamaskiner, samt en en del til ikke-ladbare batterier. Da var likevel bare 25 % av verdens litiumbruk knyttet til batterier. Resten går farmasibransjen, smøremidler, metallindustrien, og annet. I årene som kommer, forventes selvfølgelig at andelen litium som går til batterier til elbil skal øke betraktelig.

I 2010 var jeg på en batterikonferanse i Wiesbaden i Tyskland, der Marcel Weil fra KIT i Tyskland hadde en presentasjon om akkurat dette temaet: hvor lenge varer litiumreservene? Til Zerokonferansen i 2014 kommer Marcel Weils kollega Saskia Ziemann fra KIT for å gi et mer oppdatert bilde.

Det første problemet som dukker opp er: Hvor mye litium har vi? Det er det noe usikkerhet knyttet til, altså hvor mye som er kjent, hvor mye tror vi det finnes, og hva skal regnes med, avhengig av hvor lett det kan utvinnes. En god del er ganske lett tilgjengelig, og dagens største produsenter er Chile, Australia og Kina. Den desidert største kjente reserven finnes i Chile (7,5 millioner tonn). I dag produseres årlig 34 000 tonn av en kjent reserve på 13 000 000 tonn.

Med dagens forbruk kunne reservene vart i nesten 400 år. I følge Weil er de mest pessimistiske anslagene at det bare er 4 millioner tonn som er lett tilgjengelig, mens andre mener det er mye mer tilgjengelig, 20 millioner tonn. I havene finnes det ekstremt mye litium, men i svært lav konsentrasjon.

Utfordringen i dag ligger i at forbruket av litium øker dramatisk, ikke bare i elbiler (men til flere ladbare telefoner, nettbrett, til hybridbiler, skip, og sykler), og at gjenvinning ikke skjer i særlig grad. Litium blir i noen grad resirkulert til andre formål, men per i dag skjer ikke dette på et nivå der renheten er god nok til at man kan bruke litium om igjen i batterier. Dette er fordi det er lettere, og dermed billigere å utvinne rent litium fra nytt råstoff, siden litium i dag ikke er ansett som et dyrt og sjeldent materiale.

Hva må vi gjøre da? Resirkulering, åpenbart.

Marcel Weil har forsøkt å sette forbruk basert på økning av elbiler inn i en modell der man kan se på effekten av gjenvinning av litium. Basert på en økning til 500 millioner elbiler om 100 år, mener Weil at vi går tomme for litium ca. 2130 uten gjenvinning. Dersom vi gjenvinner er det mulig å bremse forbruket nok til at vi fortsatt ikke har gått tomme innen 2250. Det er naturlig å tenke at man har hatt tid til å finne andre måter å lage batterier på innen da, men det er samtidig også vanskelig å sette sin lit til en slik utvikling.

Videre ser vi at Weils antakelser er basert på en nokså moderat overgang til elbiler. 500 millioner biler er bare halvparten av det antallet biler som finnes i dag. Videre har han estimert at halvparten av bilene vil være hybrider (batterier med 1-3 kWh) mens resten vil være rene elbiler, men han regner at de skal ha en batteripakke på 10-25 kWh. Det vil si at dagens teknologi, med batteripakker på størrelse med Tesla, vil følge et spor med raskere utarming av ressursene enn det Weil har lagt til grunn, både fordi vi vil gå gjennom mer litium fortere, og fordi en bilpark på 500 millioner biler vil «låse» en større mengde litium til enhver tid.

Det er helt klart mye usikkerhet knyttet til å framskrive bruk av en ressurs hundre år fram i tid. Bare fram til 2030 kan det være svært utfordrende. I tillegg til at batteriteknologien kan endre seg voldsomt på noen tiår, er det veldig ulike anslag på litium-forbruk på ulik batterikjemi i dag. Tallene varierer fra 0.114 kg litium/kWh til 1.38 kg/kWh. Hvilken retning dette tar vil selvfølgelig kunne påvirke framskrivingene enormt.

Så hva kan man konkludere ut fra dette?

1. Elbiler er i dag basert på en ressurs vi kan gå tomme for. Likevel er horisonten for dette lenger fram enn å gå tom for fossile drivstoff. En overgang er derfor likevel viktig.

2. En bærekraftig overgang til elbil er ikke forenlig med et stadig økende antall kjøretøy.

3. Biler slik som Tesla Model S er med på å åpne dører for elbil, og gjør det mulig for flere å ha én elbil som dekker alle behov, men den er også med på å øke ressursbruken.

4. Gitt at elektriske kjøretøy som elsykler, elmopeder og små elbiler som Renault Twizy kan dekke transportbehovet, bør ikke disse glemmes som en mer effektiv måte å transportere folk på.

5. Teknologiske alternativer til litium-ionbatterier, basert på mer tilgjengelige og mer gjenvinnbare materialer er nødvendig, ikke bare for å få billigere og mer energitette batterier, men for å sikre skalerbarhet for elektrifisert transport.

6. Hydrogenbiler kan være et alternativ, på samme måte som nye typer batterier, men de benytter i dag platina eller palladium i brenselscellene som katalysator. Det jobbes med å erstatte sjeldne metaller i brenselsceller og å redusere bruken av dem, som kan bidra til at hydrogenbiler ikke på samme måte møter ressursbegrensninger. http://www.fool.com/investing/general/2014/05/11/is-this-new-fuel-cell-catalyst-a-game-changer-for.aspx

7. Selv om elbiler på fornybart drivstoff er klimanøytralt, kan de ikke erstatte fokus på kollektivtransport, sykkel og gange, samt god arealplanlegging for redusert transportbehov.