Dette er en kronikk. Meningene er forfatterens egne.
EU besluttet nylig at biler med forbrenningsmotorer skal fases ut innen 2035. Vil denne ambisjonen innfris? Det viser seg at dette dels krever økt og endret strømproduksjon, dels en enestående ekspansjon av gruvedrift. Vi gjennomgår elbilene i to artikler. Dette er den andre artikkelen.
Kan overgang til el-biler redde klimaet? Vi gransker planene for omstilling til kun el-biler innen EU i 2035 i to artikler. Den første artikkelen fokuserte på strømbehovet, mens den andre artikkelen studerer behovet for metaller.
Å bygge en el-motor er i prinsippet enklere og billigere enn en forbrenningsmotor, så på det punktet har el-bilen et overtak. Det betyr også at monteringen av bilen kan gjøres billigere. Det viktigste elementet på minussiden er batteriene som driver el-motoren. Disse består i høy grad av mindre vanlige metaller, og resultatet er tilsvarende høyere kostnader. Metaller er tunge, noe som gjør at el-bilene ofte blir tyngre enn bensin- og dieselbiler med samme ytelse.
I begge bil-typene trengs det vanlig herdet stål og aluminium, verdens vanligste metaller. Med tanke på disse relativt billige metallene, er forskjellen ikke særlig stor. Derimot trengs det nesten fire ganger dyrere metaller til en el-bil enn til en konvensjonell bil. Kobber står for rundt to tredjedeler av disse, og nesten 20 andre metaller utgjør den siste tredjedelen.
Verdensproduksjonen av litium må førti-dobles på 20 år for å nå målet.
Ryggraden i dagens batterier er litium, det letteste metallet i naturen. De sammenlagte behovene til SWB-sektoren (sol, vind og batterier) globalt fram til 2040 ville kreve at utvinningen av litium førti-dobles(!) Vi kan si det på en annen måte at hvert år trenger vi nye litiumgruver som gir dobbelt så mye som hele verdensproduksjonen i dag. Denne tilveksten vil være nødvendig hvert år de neste 20 årene.
Dette er, av åpenbare grunner, en formidabel oppgave som vil kreve den kraftigste økningen av gruvedrift i menneskets historie. Det går i dag i snitt 16 år fra en forekomst oppdages til gruven bryter sine første metaller. I dag investeres ikke en gang 10 prosent av det som vil kreves i leting for å finne nye forekomster.
Vi vet ikke en gang om det er så mye utvinnbart litium som er nødvendig. Litium er i seg selv ikke særlig uvanlig, men det er kjemisk svært reaktivt. Det danner derfor lett kjemiske forbindelser. Litium i ren form forekommer sjeldent.
På samme tid ville man trenge 20 ganger utvinningen av grafitt, kobolt og nikkel. Etter at LKAB offentliggjorde store forekomster av sjeldne jordmetaller, har disse blitt kjent for et breiere publikum. I så tilfelle kreves "bare" en ti-dobling av verdensproduksjonen.
Begrepet sjeldne jordmetaller trenger en forklaring. Egentlig er disse metallene ikke særlig sjeldne som helhet, men det er sjeldent de forekommer i ren form. 18 grunnstoffer i form av metaller har en sært lik struktur når det gjelder elektronene i overflaten på atomene. Dermed reagerer de på nesten samme måte i kjemiske reaksjoner, og det gjør det vanskelig å skille dem fra hverandre med kjemiske metoder. Flere av disse sjeldne jordartsmetallene har stor betydning innen anvendelse av energi, spesielt neodym som anvendes blant annet i magnetene i generatorene i vindturbiner.
Det er en lignende gruppe med 18 andre grunnstoffer, også dette er metaller som hører til de tyngste stoffene vi kjenner til. Uran og plutonium inngår i disse såkalte aktinoidene. Det er ikke uvanlig at sjeldne jordmetaller og aktinoider er i samme malm, fordi de er så kjemisk like.
Dette gjør gruvedrift vanskelig i Sverige. Den forrige regjeringen innførte et forbud mot uranutvinning i landet, og dette inkluderte også uran som biprodukt av annen gruvedrift. Fordi uran og sjeldne jordmetaller lett blander seg kjemisk, er det langt fra uvanlig at forekomster av sjeldne jordmetaller også inneholder utvinnbare mengder uran. Slik loven er utformet, setter den dermed krokfot for utvinning av de metallene som trengs for det grønne skiftet. Dette er ironisk, fordi loven ble vedtatt for å gjøre livet vanskelig for kjernekraft av partier som sa at de ville gå inn for en grønn omstilling.
Kobber tilhører ikke de mest sjeldne metallene, men utgjør bare et nåløye i den grønne overgangen fordi den er nærmest umulig å erstatte i mange sammenhenger. Dette metallet var for øvrig det første som menneskene lærte å utvinne og anvende, så erfaring mangler ikke. I mange elektriske bruksområder er kobber det eneste metallet som fungerer, og i enda flere sammenhenger er den riktignok ikke uerstattelig, men alternativene er mye dårligere.
Utvinningen av kobber og global etterspørsel har vært nær i balanse fram til nå, men man forutser betydelige problemer allerede i nær fremtid. Etterspørselen forventes å øke ti prosent fram til 2030 mens tilgangen forventes å minke med 20 prosent i samme periode. Nedgangen beror på at flere av dagens forekomster er i ferd med å ta slutt og at et betydelig mindre antall nye gruver er på vei til å åpnes.
I dag investeres ikke en gang ti prosent av det som kreves for å finne nye forekomster.
Neste problem er kvaliteten på de nye forekomstene. Vi jager etter stadig større mengder kobber fra stadig dårligere forekomster. De kobbergruvene som ble åpnet år 1900, hadde et kobberinnhold på fire prosent i malm. Gruvene som er tatt i bruk fra år 2010 til i dag ligger i snitt på rundt én prosent. Man må altså utvinne og raffinere fire ganger så mye malm for samme mengde kobber. Dette er ikke unikt for kobber. Ofte har de beste forekomstene blitt utvunnet først og over tid må man ta til takke med stadig lavere metallinnhold.
Dessverre øker energiforbruket i gruvedrift og raffinering dramatisk når man kommer under en prosent kobberinnhold. Går man til lavere innhold enn i dag, men ikke dramatisk lavere, kommer man til slutt til et energiforbruk som gjør det hele uinteressant.
Så langt har det handlet om selve forekomstene, men det er ikke alt som kreves. Etter at malm er tatt ut, kreves raffinering til rent metall. Det har i media blitt spredt et bilde av at Kina har så godt som verdensmonopol på gruvedrift av strategisk viktige metaller, noe som ikke er helt riktig. Kina er den største aktøren, men ikke helt dominerende. Derimot har Kina en mer dominerende rolle innen raffinering, særlig når det gjelder sjeldne jordmetaller. Samlet gjør dette at Kina kontrollerer store deler av de strategisk viktigste metallene gjennom reisen fra jordskorpen til sluttkunden.
Lister man opp de største landene innen utvinning og raffinering, blir bildet tydeligere. Chile er i dag det største landet for utvinning av kobber med nær 30 prosent av verdensmarkedet, og Kina er størst innen raffinering med rundt 40 prosent. Indonesia har noe over 30 prosent av verdens utvinning av nikkel, og Kina står for 35 prosent av raffineringen. Kongo har rundt 70 prosent av verdens koboltgruvedrift, og Kina står for 65 prosent av raffineringen. Kina er størst innen sjeldne jordmetaller, både innen gruvedrift (60 prosent) og raffinering (90 prosent). Australia står for 50 prosent av verdens utvinning av litium, og Kina står for 60 prosent av raffineringen.
Kina har strategisk valgt å bli verdens ledende land innen raffinering av metaller til el-biler, vindkraft og solceller. Dette er ikke en tilfeldighet. Kina kunngjorde dette for 20 år siden og har siden gjentatt det i sine offentlige, langsiktige planer. At landet i dag har en så dominerende stilling at de helt kontrollerer mulighetene til grønn omstilling, har altså skjedd med Vestens vitende og vilje.
Kostnaden for metaller i en el-bil har fordoblet seg på to år, fra 40.000 kroner til 80.000 kroner per bil. De syv viktigste metallene som brukes, er aluminium, stål, nikkel, kobber, kobolt, neodym (et sjeldent jordmetall) og litium. En konvensjonell bil har halve kostnaden når det gjelder metaller. Der bruker man i praksis ikke kobolt, neodym og litium.
Volkswagen har gjort en studie av utslipp av karbondioksid i løpet av bilens levetid, sammenlignet med en tilsvarende dieselbil. I denne studien brukes gjennomsnittlige data for EU's utslipp av karbondioksid fra el-produksjonen. Produksjonen av en el-bil fører til dobbelt så store utslipp, sammenlignet med dieselbilen. Etter å ha kjørt rundt 10.000 mil hadde begge bilene samme totale utslipp. Etter 20.000 mil hadde el-bilen sluppet rundt 20 prosent mindre karbondioksid totalt. En reduksjon på en femtedel over bilens levetid er ikke uinteressant, men det handler definitivt ikke om null-utslipp. Dette ble imidlertid beregnet ut fra en liten bil med et ganske lite batteri og relativt lav totalvekt. En Tesla med dobbelt så stort batteri klarer knapt nok å redusere utslippene i det hele tatt gjennom sin levetid, sammenlignet med en dieselbil.
Energieffektiviteten på batterier, sammenlignet med bensin, doblet seg fra 1990 til 2010, nærmest lineært. Siden den gang har utviklingen vesentlig stått stille. Dette beror på at teknologien nå er så godt utviklet at man nærmer seg et teoretisk maksimum. Dermed er det ikke store fremtidige forbedringer å gjøre.
I dag anvender energisektoren mellom 10 og 20 prosent av verdens totale tilgang på metaller. Det internasjonale energibyrået, IEA, anslår at denne andelen må økes radikalt, selv i mindre ambisiøse scenarier der man ikke kommer i nærheten av fullstendig utfasing av fossilt brensel. For eksempel kreves det at mer enn halvparten av all aluminium går til energisektoren.
En slik økning vil være enestående i verdenshistorien og vil føre til omfattende inflasjon. De metallene som trengs i energisektoren, er også nødvendige i mange andre sektorer av samfunnet. Følgen blir derfor prisøkning på mange områder. Det internasjonale pengefondet IMF har spådd at metallprisen vil nå tidligere enestående nivåer i minst et tiår.
Materialkostnader utgjør rundt 70 prosent av kostnaden for å produsere batterier til el-biler. Materialene utgjør nesten 80 prosent av kostnadene for solceller og rundt 30 prosent for vindkraftverk.
Kapitalkostnadene for å bygge vindkraftverk sank med 10 prosent fra 2017 til 2021, men har siden økt igjen og er nå tilbake på 2017-nivået. Med den fremtidige mangelen på viktige metaller bør kapitalkostnadene øke dramatisk de kommende årene. Økning på rundt 20 prosent hvert år i mange år fremover anses å være rimelige, sier IEA.
Kapitalkostnadene for solceller sank med 30 prosent mellom 2017 og 2020, men har siden stagnert og viser nå tegn til å begynne å stige. Kostnadene for batterier viser lignende tendenser. De sank med 40 prosent fra 2017 til 2021, men har nå begynt å stige igjen.
Det er ikke uvanlig innen energidebatten at man gjør sammenligninger med utviklingen innen elektronikk. Den har i lang tid fulgt Moores lov, oppkalt etter en av Intels gründere. Den beskriver at ytelsen fordobles nesten hver 18. måned. Denne tendensen gjelder likevel ikke i andre sammenhenger. Utviklingen innen komponenter til elektronikk har for en stor del basert seg på at råmaterialene er svært billige og mer intelligente produksjonsteknikker har vært en viktig faktor bak de lave prisene.
Når det gjelder batterier og vindturbiner, utgjør råmaterialene en stor del av kostnadene, og det er ikke sannsynlig at kostnadene for gruvedrift og metallbearbeiding kan senkes tilnærmelsesvis like mye som innen produksjon av datakomponenter. Det virker mye mer sannsynlig at kostnadene vil øke, ikke minske. Det siste årets prisutvikling innen vindkraftverk, solceller og batterier støtter den antakelsen.
Vil EU være uten biler som går på bensin eller diesel om tolv år? Rekk opp hånden alle dere som tror det!
Jan Blomgren Professor i anvendt kjernefysikk, forfatter og debattant
Kontakt skribenten: [email protected]
