Jari Kaarela
Sami Sarlin
Timo Rahja
Jari Pihlajamäki
Liikenteen sähköistyminen on ilmastonmuutoksen tärkeimpiä torjuntakeinoja. Kotimaan tieliikenteen hiilidioksidipäästöt olivat vuonna 2020 noin 9,9 miljoonaa tonnia, josta henkilöliikenne muodosti n. 53 % eli noin 5,2 miljoonaa tonnia (Traficom 2021). Lisääntynyt tietoisuus ilmastonmuutoksen aiheuttamista riskeistä, polttoaineiden hinnan nousu sekä akkuteknologian kehittyminen ovat vaikuttaneet kuluttajatieliikenteen käyttövoimatottumuksiin, ja sähköautomarkkinat käyvät tällä hetkellä kuumina.
Vuonna 2021 ensirekisteröidyistä ajoneuvoista n. 32 % hyödyntää vaihtoehtoisia käyttövoimia, ja niistä täyssähköautot ja ladattavat hybridit ovat selkeässä enemmistössä (Traficom 2022).
Mitä tapahtuu sähkö- tai hybridiauton ajovoima-akulle sen tullessa käyttöikänsä päähän? Akun katsotaan tulleen käyttöikänsä päähän, kun sen kapasiteetti eli energian varastointikyky ja siten auton toimintasäde ovat selkeästi heikentyneet. Valmistajat vaihtavat takuun piirissä olevan akun tavallisesti uuteen, jos sen kapasiteetti on laskenut alle 70 %:in. Sähköautojen akkujen käyttöiästä on toistaiseksi verrattain vähän tutkimustietoa, ja siihen vaikuttavia tekijöitä ovat mm. ympäristön olosuhteet, täysien lataus- ja purkusyklien toistuvuus sekä yksilölliset ajotavat. Yksiselitteistä kaavaa käyttöiän laskentaan ei siis ole olemassa, mutta akuston huolellisella suunnittelulla ja akun oikeaoppisella käytöllä voidaan käyttöikää jatkaa useita vuosia.
Akuston suunnittelulla on käyttöiän lisäksi merkittävä vaikutus myös akuston purettavuuteen. Sähköauton akusto koostuu useista akkumoduuleista, joissa varsinaiset akkukennot eli voimanlähteet ovat. Moduulit ovat yhteydessä akuston valvonta- ja latauselektroniikkaan, jonka kautta voidaan monitoroida akun tilaa ja tehdä tarvittaessa vikaselvityksiä vikaantuneen kennon löytämiseksi ja parhaassa tapauksessa akun korjaamiseksi. Akun elinikä ei siis välttämättä lopu, kun se on ajoneuvokäytössä ns. “ajettu loppuun”.
Centrian akkuhankkeet tukevat akkujen kierrätysinfraa
Centria-ammattikorkeakoulun ja Ylivieskan kaupungin kolmessa akkuhankkeessa (BAT REC, SAAROB, BR Pilot Plant) tutkimme akkuteknologian kierrätykseen liittyviä yritysmahdollisuuksia sekä tuotantomenetelmiä. Akkuhankkeiden keskeisiä tavoitteita ovat akkujen kierrätysteollisuuteen sopivan infrastruktuurin rakentaminen, yritysklusterin perustaminen sekä tuotantomenetelmien kehittäminen. Akkuteollisuus tulee olemaan yksi nopeimmin kasvavia teollisuuden toimialoja, ja siksi on tärkeää hyödyntää muutoksen tuomat edut alueellamme osana kärkijoukkoja.
SAAROB-hankkeessa tutkitaan ja kehitetään sähköautojen akkujen kierrätykseen ja purkuun liittyviä tuotantomenetelmiä. Sähköautojen ajovoima-akkujen purussa voidaan hyödyntää robotiikkaa ja muita teknologioita, kuten XR-teknologioita (eXtended Reality) sekä erilaisia puettavia tukirankoja eli eksoskeletoneja. Teollisuus-, yhteistyö- ja mobiilirobotit voivat ottaa hoitaakseen purkutyön raskaimmat ja yksitoikkoisimmat työvaiheet, kuten materiaalin siirron ja raskaiden kotelorakenteiden avaamisen. Tämä vähentää työntekijöihin kohdistuvia riskejä raskaissa työvaiheissa sekä sähkö- ja palovaaran sisältävien komponenttien käsittelyssä.
Battery Recycle – Akkupuisto -hankkeessa luodaan kasvualusta ja kiertotalouspuisto akkujen ja akkumateriaalien kiertotalouden edistämiseksi. Hankkeen tavoitteena on mahdollistaa nykyinen yritystoiminta ja uusien yritysten kehittyminen akkukierrätysteeman ympärille osaksi kiertotalouspuistoa ja siten kasvattaa toiminta-alueen resurssiviisautta akkujen alkutuotannossa, loppukäytössä ja kierrätyksessä.
BR Pilot Plant -hankkeessa selvitetään akkujen kierrätykseen ja purkamiseen liittyvän tuotannollisen toiminnan edellytyksiä. Selvitykseen kuuluvia asioita ovat mm. akkujen kuljetuksen ja varastoinnin logistiikkaan liittyvät kysymykset ja toiminnan edellytyksenä olevat ympäristöasiat. Hankkeen tulokset toimivat päätöksenteon tukena akkujen kierrätystoiminnan aloittamiselle ja vahvistavat alueen valmiutta uudenlaiselle kiertotaloustyyppiselle toiminnalle.
Second life jatkaa akkujen elinikää resurssiviisaasti
Tilanteessa, jossa esimerkiksi sähköauton akun tieliikennekäyttö ei ole enää kannattavaa, voitaisiin käyttökelpoiset moduulit valjastaa muuhun käyttöön, kuten esimerkiksi kiinteistöakustoiksi. Tällöin puhutaan akkujen second life -käytöstä. Second life -käytössä akusta hyödynnetään mahdollisimman paljon materiaalia toisiokäyttöön, jolloin akkujen valmistuksessa tarvittavien, rajallisten uusioraaka-aineresurssien tarve ja siten myös louhinta vähenevät. Akkuteknologian second life -käyttö on resurssiviisasta, kestävän kehityksen mukaista ja sovellettavissa moniin käyttötarkoituksiin, aina kiinteistöakustoista suurten voimalaitosten energiavarastoihin.
Kotimainen Pistokehybridi.fi tarjoaa sähkö- ja hybridiautojen akkuhuollon ja -konversioiden palveluita, joilla voidaan merkittävästi jatkaa auton elinikää. Edellä mainittujen palveluiden lisäksi yritys toimittaa käytettyjä akustoja ja komponentteja, joita voidaan hyödyntää esimerkiksi energiavarastoina, vaikkapa vapaa-ajan akkuina mökillä. Kunnostettujen akkujen jälleenhyödyntäminen vähentää pitkällä aikavälillä uusioakkujen raaka-ainelouhinnan tarvetta ja säästää luonnonvaroja (KUVA 1.). Lisäksi käytetyn sähköauton akun huoltaminen on taloudellisesti kannattavaa uuden sähköauton hankintaan verrattuna.
Ruotsalaisessa Fortumin omistamassa Landaforsin vesivoimalaitoksessa sijaitsee yksi Pohjoismaiden suurimmista energiavarastoista, jossa on käytetty second life -akkuja. Energiavarastohankkeen toimijoita ovat olleet Fortum, Volvo Cars ja Comsys AB. Landaforsin vesivoimalaitos sijaitsee Ljusnanin vesistössä, ja se on teholtaan 11,2 MW. Voimalaitoksen yhteyteen sijoitettu energiavarasto on teholtaan ja kapasiteetiltaan 1 MW/250 kWh, ja siinä hyödynnetään tieliikennekäytöstä poistuneita sähkö- ja hybridiautojen ajovoima-akkuja. Energiavaraston tavoitteena on parantaa kykyä tarjota nopeaa taajuusreserviä alati muuttuvilla sähkömarkkinoilla. (Fortum 2021.)
Centrian ja Ylivieskan kaupungin akkuhankkeisiin liittyen teimme yhteisen hankevierailun yritykseen, joka tarjoaa käytöstä poistetuille sähköautojen akuille toisen elämän. Cactos Oy (KUVA 2) on uuden sukupolven energiavarastointiratkaisuja tarjoava yritys, joka hyödyntää tuotteissaan sähköautojen akuista saatavia akkumoduuleita.
Cactos Oy:n tarjoama älykäs sähkövarasto Cactos One sisältää kapasiteetiltaan 100 kWh:n ja huipputeholtaan 50 kVA:n akuston sekä pilvipalvelun, jolla järjestelmää ohjataan. Pilvipalvelulla voidaan ohjata järjestelmä esimerkiksi tasaamaan kulutusta sähkön markkinahinnan mukaan, varastoimaan energiaa sähkökatkojen varalle ja tasaamaan kuluttajakohteissa syntyviä kulutushuippuja. Älykkään sähkövaraston hyödyntäminen voi parantaa kiinteistön energiaomavaraisuutta ja luo turvaa liikennetoiminnan kriittisten toimintojen ylläpitämiseksi esimerkiksi sähkökatkon aikana. Kulutustietoja voidaan seurata ja tallentaa, ja järjestelmä voidaan optimoida jokaisen asiakkaan tarpeisiin sopivaksi. Cactos Oy:n liiketoiminta on loistava esimerkki akkumateriaalien vastuullisesta second life -käytöstä (KUVA 3).
Vierailuista saimme runsaasti tietoa erään yleisen ajovoima-akkutyypin purkamisesta ja siitä, kuinka purkamisessa voidaan hyödyntää robotiikkaa. Yritykseltä saatujen tietojen pohjalta kehitämme SAAROB-hankkeessa akkujen kierrätysprosesseihin soveltuvia robotisoituja menetelmiä sekä työturvallisuuden että prosessitehokkuuden näkökulmasta. Menetelmiä voidaan testata hyödyntämällä robotiikan simulointiohjelmia, VR/AR-laitteistoja sekä verkkopohjaisia etäohjausalustoja. Lopuksi menetelmiä voidaan kokeilla rakentamalla käytännön sovellusdemonstraatio simulaation pohjalta.
Tällä hetkellä SAAROB-hankkeessa tutkitaan mm. robottiavusteista akuston purkua, purkutyötilan turvallisuuden valvontaa sensorifuusiolla sekä käytöstä poistettavan akkumoduulin esikäsittelyä vesileikkauksella.
Lähteet
Fortum 2021. Fortumin innovatiivinen akkuratkaisu Landaforsin vesivoimalaan Ruotsissa. Lehdistötiedote 21.4.2021. Saatavissa: https://www.fortum.fi/media/2021/04/fortumin-innovatiivinen-akkuratkaisu-landaforsin-vesivoimalaan-ruotsissa. Viitattu 20.6.2022.
Traficom 2021. Liikenteen CO2-päästöt liikennemuodoittain sekä maakunnittain. Saatavissa: https://tieto.traficom.fi/fi/tilastot/liikenteen-co2-paastot-liikennemuodoittain-seka-maakunnittain. Viitattu 20.6.2022.
Traficom 2022. Ensirekisteröityjen ajoneuvojen käyttövoimatilastot. Saatavissa: https://tieto.traficom.fi/fi/tilastot/ensirekisteroityjen-ajoneuvojen-kayttovoimatilastot. Viitattu 1.8.2022
Jari Kaarela
Lehtori
Centria-ammattikorkeakoulu
p. 044 449 2568
Sami Sarlin
TKI-asiantuntija
Centria-ammattikorkeakoulu
p. 040 352 6322
Timo Rahja
TKI-asiantuntija
Centria-ammattikorkeakoulu
p. 044 449 2576
Jari Pihlajamäki
TKI-asiantuntija
Centria-ammattikorkeakoulu
p. 040 570 0409
