Jakten på superbatteriet

Musk fortsatte å snakke om hvordan kloden kan reddes. Og han hadde også svaret på plass hvordan det skal skje: med batterier.

– Veldig grovt trenger vi 20 til 25 terawatt-timer med batteriproduksjon pr. år de neste 15 til 25 årene for å få på plass overgangen til fornybare energier, lød hans regnestykke. Det er en produksjonskapasitet som er mer enn hundre ganger større enn dagens. Og hvem skal utvikle teknologien for å få regnestykket til å gå opp? Musk, selvfølgelig!

Maktkamp på veiene

– Vi forsøker å finne opp hver eneste del av batteriproduksjonen på nytt, fortalte elektrovisjonæren sitt publikum. Han presenterte planene på Teslas fabrikk i Fremont, California sammen med sin sjefingeniør Drew Baglino.

De to snakket coronakorrekt ute i det fri til bare et par hundre utvalgte Tesla-aksjonærer – som alle ble sittende i bilen. Men Tesla-fansen kom hele tiden med oppmuntrende tuting med bilhornene som svar på Musks presentasjon.

På drivein-kinoen i Fremont skulle Musk formidle et viktig budskap. I konkurransen om det nye superbatteriet er Tesla med helt fremme i teten. Nå falt riktignok aksjekursen umiddelbart etter forestillingen – mange investorer hadde forventet enda mer spektakulære nyheter. Men det som er helt sikkert, er at Tesla står frem som en tøff konkurrent til de så langt dominerende batterikonsernene fra Kina, Japan og Sør-Korea.

Den som er først ute med å utvikle dette superbatteriet, som kan lades opp raskt, har høy energitetthet, og kommer med en levetid på noen millioner kilometer, kan ikke bare håpe på en solid bit av et milliardmarked. Batteriselskapene er også i ferd med å få den samme posisjonen som oljeselskapene i den fossile tidsalderen. Og de som tar den teknologiske ledelsen kan kontrollere hele verdikjeden, fra råstoff til batteri, ja, til og med elbilen.

Maktkampen mellom USA og Kina vil altså også bli avgjort på veiene. Arven etter Trumps Amerika ser ikke så bra ut – til tross for Teslas pionerarbeid. Det internasjonale energibyrået (IEA) spår at i 2030 vil om lag åtte prosent av de nye bilene på amerikanske veier være elbiler. I Kina vil dette tallet om ti år ha nådd 28 prosent, mens det for Europa spås en andel på 26 prosent.

Kina er for lengst verdens største bilmarked, og landets produsenter kontrollerer også over 70 prosent av den globale produksjonskapasiteten av batterier. Ikke noe annet land har like gode forutsetninger for å profitere på elektrifiseringen.

Erstatte 1,2 milliarder biler

Lastebiler og busser, ja, til og med fly som betjener regionale ruter kan gå på strøm i den tidsalderen som skal komme etter den fossile. I 2019 kjørte mer enn 4,5 millioner elbiler på veiene i verden, og ifølge IEA kan dette øke til 150 millioner i 2030. Den som har tatt mål av seg til å dominere dette markedet trenger akkumulatorer som blir ladet hurtigere, kan lagre mer energi, har lengre levetid, er sikrere og koster mindre.

En pris på 100 dollar pr. kilowatt-time energi er i dag den magiske grensen for at elbiler blir billigere enn forbrenningsbiler. I dag ligger prisen på cirka 160 dollar. Da er det bare et spørsmål om tid før om lag 1,2 milliarder privatbiler globalt blir erstattet med elektriske.

Batteridrift er også mer effektivt. I dagens biler er det bare 15 til 20 prosent av energien som blir utnyttet for fullt nede i hjulene, med batterier er det 70 til 75 prosent. – Uten effektive batterier kan ikke energi- og mobilitetsovergangen lykkes, sier Maximilian Fichtner. Han jobber ved Helmholtz-Instituttet i den tyske byen Ulm.

Batteriene i elbiler består i dag i hovedsak av såkalte litium-ion-celler. Sony lanserte denne batteritypen i 1991, og den har ikke bare klart å etablere seg i bilbransjen: Den samme batteritypen brukes også i blant annet mobiltelefoner og elektriske gressklipper fordi de er lette og har stor lagringskapasitet.

Besto spikertesten

Den kjemiske sammensetningen av komponentene i batteriet bestemmer hvor bra det fungerer. Kjemikere og ingeniører eksperimenterer nå med mangan, kobolt, magnesium, grafitt og svovel, med jern, nikkel og silisium. Kunsten er å kunne kombinere materialene slik at man kan få lagret mest mulig energi på minst mulig plass. Hundrevis av batterier blir testet på evnen til å lede strøm og på temperaturstabilitet.

Tradisjonelt inneholder litium-batterier kobolt. Men kobolt er dyrt. I tillegg kommer en stor del fra Den demokratiske republikken Kongo. I gruvene jobber man der under umenneskelige forhold, i tillegg er barnearbeid utbredt og utvinningen skader dessuten miljøet.

Industri og forskere har derfor jobbet lenge med å redusere koboltinnholdet i batteriene. Den kinesiske produsenten og Tesla-partneren CATL startet for eksempel i fjor masseproduksjon av batterier med nikkel-mangan-kobolt-celler og nikkel-kobolt-aluminium-celler. Koboltinnholdet i disse batteriene ligger bare på to til tre prosent – sammenlignet med tidligere batterier er dette en reduksjon på 90 prosent.

Men Tesla vil gå enda lenger. Musk har annonsert det koboltfrie batteriet. Han vil helt og holdent erstatte det omstridte metallet med nikkel. I andre batterier vil selskapet fra California bruke litium-jernfosfat. En av pionerene i dette arbeidet er BYD. I juli startet dette selskapet salget av kjøretøy med disse batteriene, som har fått navnet “Blade”. BYD Han er en luksuriøs bil som med én lading av batteriet skal klare 600 kilometer.

En annen av fordelene til denne teknikken presenterte BYD i mars da Blade ble utsatt for en såkalt nål- eller spikertest. Her plasseres en tre til åtte millimeter tykk metallspiker i batteriet for å skape en kortslutning. Vanlige litium-ion-batterier varmes da gjerne opp til 500 grader før de brenner opp. Ved trafikkulykker medfører det stor fare for brannskader. Men med jernfosfat-batteriene til BYD økte temperaturen bare til 60 grader.

– Litium-jernfosfat-batterier er definitivt sikrere, sier Martin Winter. Han leder batteriforskningen ved universitetet i Münster. – Levetiden er også lenger. Men ulempen er at de kan lagre mindre energi.

Bygger “Terafactories”

Musks fabrikkplaner er spektakulære, men de skal gjennomføres ved å effektivisere alle deler av produksjonen. Hvis det som angivelig fungerer på pilotanlegget i Fremont også fungerer i storformat, vil investeringskostnadene for Teslas batterifabrikker bli redusert med nesten 70 prosent. Fabrikkene har fått betegnelsen "Terafactory", og selskapet vil også bygge ut i Europa.

Tesla planlegger en “tørr” produksjon av elektrodene, noe som også vil spare flere steg i produksjonen. Selskapet utnytter i tillegg teknologi som Tesla i fjor skaffet seg da de kjøpte selskapet Maxwell, og i sum skal det på denne måten produseres batterier som gir 54 prosent lengre rekkevidde for bilene, og de skal koste 56 prosent mindre enn dagens komponenter. – Da skal man komme ned i kostnader på 70 til 80 dollar pr. kilowatttime, sier Fichtner fra Ulm. – Og da vil det ikke lenger finnes noen grunn til å kjøpe en bil med forbrenningsmotor, heller ikke prisen.

Først i verktøy og elsykler

Gjenbruk skal også bli Teslas greie. I dag kan batterisystemet til en Tesla Model S veie mer enn et halvt tonn. Her skjuler det seg kilovis med verdifullt materiale, og nettopp gjenbruk er helt avgjørende for å gjøre konsekvensene av den fremtidige batteribølgen på naturen og klimaet så begrenset som mulig. – Med batterier har vi egentlig gode sjanser til å skape en gjenbruksøkonomi, en sirkulær økonomi, sier Fichtner. Teknisk kan mer enn 90 prosent av råstoffene bli gjenbrukt. I tillegg til kobolten vil det også lønne seg å hente ut kobber og nikkel fra batteriene. Bare fem prosent av litium går i dag til recycling.

Råstoffene i batterier er svært ulikt fordelt på kloden. Litium kommer i første rekke fra Kina og Australia, 72 prosent av all grafitt blir produsert i Kina, og mer enn halvparten av verdens kobolt kommer fra Kongo.

Forskerne har derfor jobbet lenge med batterier som kan klare seg helt uten litium. De leter etter miljøvennlige og prisgunstige kombinasjoner som baserer seg på langt mer tilgjengelige råstoffer.

Fichtner vil erstatte litium med natrium, magnesium eller kalium: – For mange batterityper er det mer fornuftig å bruke bærekraftige stoffer. Natrium er nesten ubegrenset tilgjengelig som en del av saltet i havet, mens magnesium finnes i dolomitt, mineralet som mange europeiske fjellkjeder er fulle av.

Fortsatt har de alternative batteriene mindre ytelse enn litium-ion-alternativene, men likevel skal de første natriumbatteriene komme på markedet allerede i år. – Sannsynligvis vil de først bli brukt i kraftige verktøy og i elsykler, sier Fichtner. Men han håper at de snart også kan bli brukt i større batterier for lagring av vind- og solenergi. Batterier i kjelleren til bolighus med solpanel på taket skal etter hvert også kunne klare seg uten litium.

Musk er forberedt

For biler vil imidlertid litium fortsatt råde grunnen en god stund til. Energitettheten i disse batteriene er tre ganger så høy som i dagens natriumbatterier, og i 2025 skal denne kunne økes med ytterligere 50 prosent.

Men Musk har selvfølgelig sørget for at råstofftilgangen er på plass. Tesla har for eksempel sikret seg litiumforekomster i Nevada, bare noen timer fra fabrikken i Fremont. I Nevada ligger det nok litium til å elektrifisere hele den amerikanske elbil-flåten, fikk tilhørerne vite på batteridagen.

Forbrenningsmotorer ler han hånlig av. – Jeg tror ikke at den industrien vil overleve særlig lenge.

En skikkelig konsert med bilhornene var et tydelig svar fra fansen.

Tekst: Philip Bethge, Der Spiegel

Oversatt og tilrettelagt: Hans Jørn Næss (hjn@kapital.no)