Aalto-yliopisto tuottaa tietoa kestävyyskriisin ratkaisuun

1. Korvaavat materiaalit: Materiaalien saatavuus on huomioitava sähköistämisessä

Sähköautojen akkujen suorituskyky (eli esimerkiksi autojen kiihtyvyys ja toimintasäde) on parantunut ja akkujen hinnat ovat madaltuneet. Samaan aikaan akuista on kuitenkin tullut entistä suurempia raaka-ainesyöppöjä.

Tätä Aallossa tutkitaan

Muun muassa kannettavat tietokoneet, kännykät ja muut käyttökohteet “kilpailevat” sähköautojen kanssa monista samoista mineraaleista. Aalto-yliopistossa tutkitaan tulevaisuuden akkuteknologioita, kuten natriumakkuja, jotka sopivat vähemmän vaativiin käyttökohteisiin. Näin raaka-aineita vapautuisi vaativampaan sähkönvarastointikäyttöön muualla.

Vastaavasti yliopistossa tutkitaan entistä energiatiheämpien ja pitkäkestoisempien akkujen valmistusta. Nekin säästäisivät raaka-aineita valmistuksessa muun muassa pienemmän kokonsa vuoksi.

Alkuaineilla on omat optimaaliset ominaisuutensa ja käyttötarkoituksena. Aalto-yliopiston tutkimus tuottaa uutta tietoa korvaavista materiaaleista ja niiden yhdistelmistä, joilla pystytään tuottamaan samoja (tai lähes samoja) ominaisuuksia. Esimerkiksi sähköautoissa pärjättäisiin rautafosfaattiakuilla nykyisten litiumioniakkujen sijaan, jos auton kiihtyvyydestä ja toimintasäteestä tingitään hieman.

2. Akkumateriaalien kierrätys: Kiertotalous vähentää neitseellisten raaka-aineiden tarvetta

Akkumateriaalien kierrätyksessä kustannuksia, ympäristöä ja energiaa säästävällä tavalla on runsaasti kehitettävää. Monia akkumineraaleja, kuten litiumia, mangaania ja grafiittia, ei vielä muutamia vuosia sitten kierrätetty lainkaan.

Materiaalien kierrätykselle on myös hyvä geopoliittinen peruste. Euroopan unionin alueella jalostetaan hyvin vähän esimerkiksi litiumia tai harvinaisia maametalleja. Samaan aikaan niiden merkitys yhteiskunnalle vain kasvaa. Kriittisten raaka-aineiden talteenotto elinkaarensa päähän tulleista elektroniikasta, magneeteista ja akuista on siksi erittäin perusteltua.

Tätä Aallossa tutkitaan

Aalto-yliopistossa on monipuolista osaamista akkumateriaalien kierrätyksestä. Myös akkujen osien uudelleenkäytöstä sellaisenaan on saatu lupaavia tutkimustuloksia.

Kierrätys pienentää sekä neitseellisten raaka-aineiden tarvetta että ympäristörasitusta verrattuna uusien mineraalien louhimiseen. Sähköistymisen vaatima mineraalitarve on kuitenkin niin suuri, että materiaalien kierrätys ei korvaa kaivoksia eikä edes uusien kaivosten perustamisen tarvetta.

3. Energian tuotantotavat: monipuolinen paletti tasaa metallien kysyntää

On selvää, ettei uusiutuvan energian tuotantoa ja yhteiskunnan sähköistämistä voida rakentaa yhden tai kahden teknologian varaan. Sen sijaan tarvitaan useampia ratkaisuja jo mineraalien riittävyyden kannalta. Monipuolinen paletti sähköntuotanto- ja varastointitapoja auttaa poistamaan mineraalivarantoihin liittyviä pullonkauloja.

Esimerkiksi aurinko-, tuuli-, bio-, vesi-, ydin- ja geoterminen energia vaativat keskenään erilaisia raaka-aineita. Vastaavasti sähköpolttoaineet eli esimerkiksi uusiutuvalla energialla pyörivän elektrolyysin avulla vedestä ja hiilidioksidista valmistettu metanoli ja muut Power2X-teknologiat säästävät sähkön varastointiin eli erilaisiin akkuihin tarvittavia tarvittavia mineraaleja.

Monipuolisen tuotanto- ja varastointipaletin lisäksi etenkin pitkälle kehittyneiden läntisten yhteiskuntien on hyväksyttävä se, että energiaa on säästettävä.

Sähköistyvässä yhteiskunnassa on priorisoitava, mihin mineraaleja ja sähköä käytetään

Sähköistymisestä on tullut patenttiratkaisu lähes kaikkiin ilmasto-ongelmiin. Esimerkiksi maatalouden päästöjä on ehdotettu pienennettäväksi laboratorioissa kasvatetulla solulihalla. Tämä kuitenkin vaatii valtavasti energiaa.

Viimeistään nyt on kuitenkin korkea aika harkita, mitä kaikkea kannattaa sähköistää ja mitkä ongelmat, tarpeet ja halut puolestaan kannattaa ratkoa muilla tavoin. Kun siirrymme hiilineutraaliin yhteiskuntaan, on priorisoitava metallien ja sähkön eri käyttötarpeet. Siihen tarvitaan rakentavaa ja faktapohjaista yhteiskunnallista keskustelua.

Esimerkiksi sähköpotkulautojan valmistamiseen käytetään harvinaisia maametalleja kuten lantaania, neodyymia ja terbiumia. Samoja materiaaleja tarvittaisiin myös elämää ylläpitäviin sairaalalaitteisiin ja tuulivoimaturbiinien magneetteihin.

Viihde-elektroniikka ja sen käyttö syövät myös valtavan määrän mineraaleja ja energiaa. Tyypillinen älypuhelin sisältää paitsi harvinaisia maametalleja myös esimerkiksi kultaa, platinaa, palladiumia ja sen akku kobolttia ja litiumia. Tyypillisesti puhelin kestää käytössä muutaman vuoden ja täysin toimivia puhelimia myös vaihdetaan uusien mallien tullessa markkinoille.