Akkukäyttöiset laitteet yleistyvät – Niistä on kuoriutunut megatrendi, joka tuo helpotusta arkeen mutta myös haasteita
Akkukäyttöiset laitteet yleistyvät. Tiesitkö, että sähköauton 60 kWh:n akun mineraaleilla valmistaa 600 kappaletta kannettavan tietokoneen 100 Wh:n akkua ja 3 000 kappaletta 20 Wh:n matkapuhelimen akkua.
Kaukaisella 1990-luvulla akkutekniikalla toimi vain kallis kannettava kuluttajaelektroniikka, kuten videokamerat, tietokoneet ja kännykät. 2000-luvulla akkujen hinta on laskenut niin, että litiumioniakut ovat korvanneet paristot lähes kaikissa sovelluksissa lasten leluista edullisempaan kuluttajaelektroniikkaan. Kehitys on jatkuvasti kiihtynyt. Paristoja näkee enää palovaroittimissa ja kaukosäätimissä – joissa energiankulutus on niin pientä, että usean vuoden välein vaihdettava paristo on ainakin toistaiseksi akkua halvempi ratkaisu.
2010-luvulla tulivat sähköautot, ja parhaillaan ovat sähköistymässä muutkin kulkuvälineet moottorikelkoista veneisiin. Erilaiset mopedia kevyemmät kulkineet ovat olleet akkusähköisiä jo kauan.
Hintojen lasku ja tuotantomäärien kasvu ruokkivat toisiaan, jolloin yhä useampi kohde on mahdollista akkusähköistää.
Useat litiumioniakkutyypit vaativat harvinaisten ja siten myös kalliiden metallien, kuten koboltin ja nikkelin käyttöä.
Kiinteitä akkuja koteihin ja kontteihin
Suomessa on muutamia kymmeniä teollisen mittaluokan akkusähkövarastoja, joita voidaan käyttää varavoimana sekä sähkömarkkinoille osallistumiseen: akkuja ladataan, kun pörssisähkö on halpaa, ja puretaan kun se on kallista. Teollisuusympäristössä suurella akulla voidaan myös välttää sähkön kulutuspiikkejä, jolloin pärjätään pienemmällä sähköliittymällä ja tehomaksulla.
Moni aurinkosähköinvertteri tukee akun liittämistä niihin, jolloin aurinkosähköstä suurempi osa voidaan hyödyntää kodin omassa käytössä. Tällaisia kotikäyttöön tarkoitettuja akkuja saa jo alle tuhannen euron kilowattituntihintaan.
Bensa pitää pintansa
Aivan kaikessa akkutekniikka ei ole edelleenkään patenttiratkaisu. Akkusähköllä toimivia moottorisahoja on ollut markkinoilla jo vuosia, ja polttopuiden tekoon mökillä ne ovat kirveen kaverina vallan käypiä pelejä, mutta ammattimetsurin on helpompaa ja taloudellisempaa viedä metsään bensakanisteri kuin iso kasa vaihtoakkuja.
Asetelmaa voisi verrata siihen, että auto on helppo sähköistää, lentokone paljon vaikeampi. Loppujen lopuksi kyse on tarvittavasta energiamäärästä. Bensiinilitra sisältää noin 10 kilowattituntia energiaa ja vaikka siitä saataisiin hyötykäyttöön vain vajaat 20 prosenttia, kahden kilowattitunnin akku maksaa toista tuhatta euroa ja painaa toistakymmentä kiloa.
Fysiikan lakien lisäksi myös tunneseikat vaikuttavat. Esimerkiksi moottoripyöräilyssä moottorin jytisevä ääni on monelle osa ajokokemusta.
Riittävätkö mineraalit?
Useat litiumioniakkutyypit vaativat harvinaisten ja siten myös kalliiden metallien, kuten koboltin ja nikkelin käyttöä. Pelkästään kallis hinta ei ole ongelma, vaan metallien tuotantoon liittyy myös ympäristö- ja ihmisoikeusongelmia sekä geopoliittisia hankauksia. Vaikka sama pätee öljyteollisuuteen, se ei saa olla tekosyy samojen virheiden toistamiseen akkuteollisuudessa.
Kannettava elektroniikka ei ole aiheuttanut mineraalipulaa, koska puhelimissa ja tietokoneissa tarvittavat akut ovat erittäin pienikokoisia. Karkeasti laskien sähköauton 60 kWh:n akun mineraaleilla valmistaa 600 kappaletta kannettavan tietokoneen 100 Wh:n akkua ja peräti 3000 kappaletta 20 Wh:n matkapuhelimen akkua. Yhden kyläläisen sähköautolla akkusähköistää siis koko kylän kännykät.
Suuruusluokkaeron hahmottaa, kun muistaa, että maailmassa on yli 8 miljardia ihmistä ja liki saman verran älypuhelimia. Autoja on noin puolitoista miljardia. Liikenteen globaali sähköistyminen vaatii siis valtavasti akkuminaraaleja.
Yksi ratkaisu ongelmaan ovat litiumrautafosfaattiakut, joissa ei ole lainkaan nikkeliä eikä kobolttia. Litiumia, rautaa ja fosforia kun on maailmassa yllin kyllin. Litiumrautafosfaattiakut ovat myös kobolttipohjaisia akkukemioita turvallisempia ja pitkäikäisempiä ja niitä on käytetty menestyksekkäästi sähköautoissa, joissa ei tavoitella pitkää toimintamatkaa, kuten Teslan ja MG:n halvimmissa malleissa.
Lainsäädäntöä odotellaan yhä
Sähköautot otettiin huomioon lainsäädännössä 10 vuotta jälkijunassa: miten käy akkujen?
- Kun sähköturvallisuuslakiin laadittiin korjaussarjaa 2017, yksi pöydällä ollut asia oli sähköautojen korjaamiseen liittyvät ammattitaitovaatimukset. Vanhan lain aikaan autoihin sovellettiin sähköalan pätevyysvaatimuksia sellaisenaan, ja säädöksiä piti tulkita luovasti, jotta autoja ylipäätään sai korjata. Suurin ongelma oli sähkö- ja hybridiautojen pieni määrä: kun autoja oli vähän, oli korkeajännitejärjestelmän vikojakin vähän ja pätevyyttä varten hankittavien työkokemusvuosien määrän kartuttaminen käytännössä mahdotonta.
- Lainsäädäntöä muutettiin niin, että tieliikennekäyttöön soveltuvan sähköajoneuvon voimajärjestelmän sähkötöissä vaaditaan, että henkilö on riittävästi perehtynyt tai perehdytetty kyseisen ajoneuvomallin sähköjärjestelmään ja sähkön vaaroihin. Riittävä perehtyminen toteutuu vaikkapa maahantuojan kursseilla ja sähkön vaaroihin perehtyminen SFS 6002 -standardin mukaisessa sähkötyöturvallisuuskoulutuksessa. Sähkötöiden johtajaa tai urakoitsijarekisteriin kuulumista ei sähköautokorjaamolta vaadita.
- Sanamuotoon "tieliikennekäyttöön soveltuvista" sähköajoneuvoista päädyttiin, kun haluttiin rajata mm. suurjännitteellä toimivat kaivoskoneet edelleen sähköalan pätevyyksien piiriin. Nykysanamuotoon taas istuu huonosti trendi, jossa akkusähkö leviää kaikenlaisiin liikkuviin kapistuksiin veneistä moottorikelkkoihin. Sanamuoto voi johtaa älyttömyyteen, jossa sama voimalinja moottorikelkkaan asennettuna vaatii sähköalan pätevyydet ja moottoripyörään asennettuna riittää autoalan kevyempi pätevyysvaatimus. Moottoripyörä kun on tieliikennekäyttöön soveltuva, moottorikelkka taas ei.
- Säädökset laahaavat jäljessä myös kiinteistöihin asennettavissa akuissa. Vasta 2023 alusta tuli pakollisena voimaan sähköasennusstandardi, jossa otetaan kantaa koteihin ja kiinteistöihin asennettaviin litiumioniakkujärjestelmiin. Standardi keskittyy sähkötekniikkaan. Paloturvallisuudesta ei ole velvoittavia määräyksiä, vaikka suurten litiumioniakkujen asentaminen vaikkapa olohuoneeseen tai poistumisreitille ei tietenkään ole hyvä idea.
Tiesitkö, että...
- Litiumioniakkujen kierrätys on pääsemässä kunnolla vauhtiin vasta EU:n tulevan, pakottavan lainsäädännön (akkuasetus) siivittämänä. Litium on tällä hetkellä niin halpaa, että sen maasta kaivaminen on kannattavampaa kuin kierrätys.
- Lyijyakut ovat yhä suosittuja esimerkiksi varavoima- ja käynnistysakkuina, edullisen hintansa ja kolmella vuosisadalla koetellun luotettavuutensa sekä paloturvallisuutensa ansiosta.
