Efni í rafbílarafhlöðum

Rafhlöður í rafmagnsbílum eru meðal tæknilega flóknustu og dýrustu íhluta bílanna. Framleiðsla þeirra byrjar í námum, þar sem málmar og önnur jarðefni eru unnin, og endar í hátækniverksmiðjum þar sem rafhlöðufrumur eru framleiddar og settar saman í rafhlöðupakka.

Það er þó mikilvægt að átta sig á einu: Ekki eru allar rafbílarafhlöður úr sömu efnum. Sumar innihalda nikkel, mangan og kóbalt en aðrar ekkert þessara þriggja efna.

Hvaða efni eru í rafbílarafhlöðum?

Helstu hráefni og málmar sem notaðir eru við framleiðslu litíumjónarafhlaðna.

Rafhlöðupakkinn inniheldur einnig kælibúnað, raflagnir, rafeindastýringu, öryggisbúnað og trausta hlíf.

Þrjár mikilvægar rafhlöðugerðir

NMC – litíum, nikkel, mangan og kóbalt

Mikill orkuþéttleiki, hentar vel í bíla með mikla drægni. Dýrari hráefni og flóknari aðfangakeðja.

LFP – litíum, járn og fosfat

Inniheldur hvorki nikkel né kóbalt í virka jákvæða rafskautsefninu. Yfirleitt ódýrari, endingargóð og með góðan hitastöðugleika, en minni orkuþéttleika.

NCA – litíum, nikkel, kóbalt og ál

Mikill orkuþéttleiki og notað í sumum afkastamiklum rafbílum, meðal annars ákveðnum Tesla-gerðum.

Samkvæmt Alþjóðaorkumálastofnuninni (IEA) voru LFP-rafhlöður komnar með yfir 55% hlutdeild af rafhlöðum nýrra rafbíla í heiminum árið 2025

Hvernig fer framleiðslan fram?

Framleiðslan fer í sjö meginþrepum:

1. Námuvinnsla: Litíum, nikkel, kóbalt, grafít og önnur efni eru unnin úr jörðu eða saltvatnsuppsprettum. Grafít getur einnig verið framleitt með iðnaðaraðferðum.
2. Hreinsun og efnablöndun: Hráefnin eru hreinsuð og unnin í efnasambönd með nákvæmlega ákveðinni samsetningu.
3. Framleiðsla rafskauta: Duft, bindiefni og leiðniaukandi efni eru blönduð, oft í vökva, og borin á þunnar kopar- og álþynnur. Þær eru síðan þurrkaðar og pressaðar.
4. Samsetning rafhlöðufrumna: Rafskautunum er raðað saman með örþunnu einangrunarlagi á milli, ýmist rúllað eða staflað.
5. Raflausn og þétting: Raflausninni er bætt við og frumurnar innsiglaðar við mjög strangar rakakröfur.
6. Fyrsta hleðsla og prófun: Frumurnar fara í stýrða fyrstu hleðslu og afhleðslu. Þá myndast meðal annars mikilvægt verndarlag á neikvæða rafskautinu.
7. Samsetning rafhlöðupakka: Frumurnar eru tengdar saman, kælikerfi og rafhlöðustýringu komið fyrir og pakkinn prófaður áður en hann fer í bílinn.

Þurrkun rafskautanna er sérstaklega orkufrekur hluti hefðbundinnar framleiðslu. Þess vegna er verið að þróa þurrar framleiðsluaðferðir sem geta dregið úr orkunotkun og þörf fyrir leysiefni.

Hvernig lítur rafhlaðan út að innan?

Rafhlaða er ekki einn stór geymir sem er fylltur af litíum. Hún samanstendur af fjölda rafhlöðufrumna.

Í hverri frumu eru tvö rafskaut, raflausn og aðskiljari. Þegar rafhlaðan er hlaðin færast litíumjónir frá jákvæða rafskautinu að því neikvæða. Við akstur gerist hið gagnstæða og raforkan knýr mótor bílsins.

Frumurnar eru framleiddar í mismunandi lögun: sívalar, kassalaga eða í mjúkum pokum.

Hvaðan koma hráefnin?

Kína er sérstaklega ráðandi í hreinsun og úrvinnslu rafhlöðuefna, jafnvel þótt hráefnin séu unnin í öðrum löndum

Hvað með mengunina við framleiðsluna?

Hér er einn mikilvægasti þátturinn þegar rafbílar eru bornir saman við bensín- og dísilbíla.

• Námuvinnsla getur valdið landraski og mengun jarðvegs og vatns.
• Hreinsun málma krefst efna, orku og vatns.
• Framleiðsla rafhlöðufrumna getur verið mjög orkufrek.
• Losun gróðurhúsalofttegunda fer mikið eftir því hvort verksmiðjurnar nota kol, gas eða endurnýjanlega orku.
• Endurvinnsla getur endurheimt verðmæt efni og dregið úr þörf fyrir nýja námuvinnslu.

Það þýðir þó ekki að rafbíll mengi meira á líftíma sínum. Meta verður bæði framleiðsluna og notkun bílsins, meðal annars með tilliti til raforkuframleiðslu og akstursvegalengdar.

Hvað verður um rafhlöðuna þegar hún er ónýt?

Rafhlöður er hægt að endurvinna. Með vélrænni sundurvinnslu og efnafræðilegum aðferðum er meðal annars hægt að ná til baka litíum, nikkel, kóbalti og kopar.

Endurvinnsla LFP-rafhlaðna getur verið efnahagslega erfiðari þar sem þær innihalda ekki verðmæta málma eins og nikkel og kóbalt. Tæknin er hins vegar í stöðugri þróun.

Hvað er raunverulega í 100 kWh rafbílarafhlöðu?

Rafmagnsbílar eru orðnir hversdagsleg sjón á íslenskum vegum. Við ræðum drægni þeirra, hleðsluhraða, orkunotkun og endingu rafhlaðna. En hvað vitum við í raun um stærsta og oft dýrasta einstaka íhlut rafbílsins?

Hvað er inni í rafhlöðunni? Hvaðan koma hráefnin? Hversu mikil námuvinnsla liggur að baki framleiðslunni og hvað verður um þessi efni þegar rafhlaðan hefur lokið hlutverki sínu?

Til að svara þessum spurningum skulum við taka dæmi af 100 kWh rafhlöðu, eins og finna má í mörgum stærri rafmagnsbílum og jeppum.

Rafhlaðan er ekki 100 kíló af litíum

Margir halda að litíum sé langstærsti hluti rafbílarafhlöðu. Svo er alls ekki. Þótt litíum sé mikilvægt fyrir virkni hennar er það aðeins tiltölulega lítill hluti af heildarþyngdinni.

Í rannsókn sem birtist í Nature Reviews Clean Technology árið 2025 er borin saman efnasamsetning tveggja 100 kWh rafhlaðna með útreikningum úr BatPaC-líkani bandarísku Argonne-rannsóknarstofunnar.

Niðurstöðurnar gefa góða hugmynd um magnið sem við erum að tala um.

Hversu mörg kíló af hverju efni?

Hér eru áætluð magn helstu efna í tveimur ólíkum 100 kWh rafhlöðum. NMC811 inniheldur nikkel, mangan og kóbalt en LFP notar járnfosfat í staðinn.

Tölurnar eru úr líkanareikningum, námundaðar að heilum kílóum. Þetta er ekki tæmandi efnaskrá rafhlöðunnar: meðal annars vantar fosfat, súrefni, hluta raflausnar, plastefni og ýmsa smærri íhluti. Stál, ál og kopar eru talin með í mismunandi hlutverkum í pakkanum. Heimild: Muratori o.fl., 2025, byggt á Argonne BatPaC 5.0.

Valin hráefni í 100 kWh rafhlöðu

Kílógrömm samkvæmt BatPaC-líkani. Ekki er um alla þætti þyngdar rafhlöðunnar að ræða.

Það kemur ýmislegt á óvart þegar þessar tölur eru skoðaðar.

Í NMC811-rafhlöðu er til dæmis nær átta sinnum meira af nikkel en litíum miðað við þyngd. Grafítið vegur tæplega tíu sinnum meira en litíumið.

Athygli vekur líka að LFP-rafhlaðan þarf ekki kóbalt eða nikkel í jákvæða rafskautið. Hins vegar er hún almennt þyngri miðað við sömu orkugeymslugetu þegar aðrir hönnunarþættir eru sambærilegir.

Hversu mikið grjót þarf að vinna?

Þetta er flóknara en einfaldlega að margfalda þyngd litíums í rafhlöðunni.

Segjum að námugrýti innihaldi 1% litíumoxíðs (Li₂O). Það er ekki það sama og 1% af hreinu litíum, því súrefni er hluti af efnasambandinu.

Því þarf að taka tillit til málmgrýtishlutfalls, efnasamsetningar og þess hversu mikið tapast í vinnslunni.

Sem einfalt reiknidæmi:

• 1 tonn af málmgrýti með 1% Li₂O inniheldur 10 kg af litíumoxíði.
• Þau samsvara um 4,65 kg af litíum.
• Til að fá 10 kg af litíum þyrfti því að minnsta kosti um 2,15 tonn af slíku málmgrýti, jafnvel þótt öll vinnslan væri 100% skilvirk.

Í raun þarf meira magn vegna vinnslutaps. Einnig getur þurft að fjarlægja yfirborðslög, vinna úrgangsberg og nýta mikið vatn og orku eftir aðstæðum.

Þetta er eingöngu reiknidæmi, ekki mat á námuvinnslu fyrir tiltekna 100 kWh rafhlöðu. Það sama hlutfall verður ekki notað fyrir saltvatnsvinnslu og bergnámur.

Ný þróun gæti breytt myndinni

Rafhlöðutæknin stendur ekki í stað. Framleiðendur eru þegar farnir að þróa og nýta rafhlöður sem þurfa minna magn dýrra eða vandmeðfarinna hráefna.

Natríumjónarafhlöður eru eitt dæmi. Þar kemur natríum í stað litíums sem aðaljónin sem flytur hleðslu milli rafskauta. Þær geta dregið úr þörfinni fyrir ákveðin mikilvæg hráefni, þótt orkuþéttleiki þeirra sé almennt minni en í bestu litíumjónarafhlöðunum.

IEA telur að slíkar rafhlöður geti meðal annars hentað smærri rafbílum og farartækjum sem þurfa ekki mjög mikla drægni.

Niðurstaða – enginn bíll verður til án umhverfisáhrifa

Framleiðsla rafbílarafhlaðna krefst umtalsverðs magns hráefna, orku og iðnaðarvinnslu. Það er staðreynd sem á ekki að gera lítið úr.

Á hinn bóginn er ekki rétt að dæma heildarumhverfisáhrif rafbíls eingöngu út frá rafhlöðuframleiðslunni. Við samanburð við bensín- og dísilbíla þarf einnig að taka tillit til framleiðslu ökutækjanna, eldsneytisvinnslu, notkunar, viðhalds og endurvinnslu.

Á Íslandi er raforkan að mestu framleidd með endurnýjanlegum orkugjöfum. Það er mikilvæg forsenda í samanburði á losun í notkun, en breytir ekki því að framleiðsla bílanna og rafhlaðnanna fer að verulegu leyti fram erlendis.

Börn í kóbaltnámum – hvað vitum við?

• Amnesty International (2016): Skjalfesti að börn allt niður í sjö ára aldur störfuðu við hættulega kóbaltnámuvinnslu. Samtökin vöruðu við að málmur úr þessum námum gæti ratað í rafhlöður stærstu bílaframleiðenda heims.

Amnesty International

• UNICEF (2022): Greindi frá því að barnavinna væri sérstaklega útbreidd í smáum, óformlegum námum í Kongó. Fátækt, skortur á atvinnu og takmarkað aðgengi að menntun væru meðal helstu orsaka.

UNICEF Global

• Alþjóðavinnumálastofnunin, ILO (2023): Staðfesti að barnavinna væri alvarlegt og útbreitt vandamál í óformlegri kóbaltnámuvinnslu í Kongó.

International Labour Organization

• Bandaríska atvinnumálaráðuneytið: Skráir kóbaltnámugrýti frá Kongó meðal vara sem tengjast barnavinnu og nauðungarvinnu.

U.S. Department of Labor

Amnesty International vísaði árið 2016 til mats um að um 40.000 börn störfuðu í námuvinnsluhéruðum í suðurhluta Kongó. Þetta er sögulegt mat, ekki staðfest tala yfir börn í kóbaltnámum árið 2026.

Hvernig tengist þetta rafbílaframleiðendum?

Kóbaltið fer ekki endilega beint frá námunni til bílaframleiðandans.

Það getur farið í gegnum marga milliliði, hreinsunarstöðvar og rafhlöðuframleiðendur. Við slíka vinnslu geta hráefni frá mismunandi námum blandast saman, sem gerir rekjanleikann erfiðan.

Það þýðir hins vegar ekki að allir rafbílar innihaldi kóbalt sem börn hafa unnið, eða að barnavinna sé viðhöfð í öllum námum.

Einnig er mikilvægt að greina á milli rafhlöðugerða: LFP-rafhlöður innihalda ekki kóbalt eða nikkel í jákvæða rafskautinu, ólíkt NMC-rafhlöðum. Það útilokar þó ekki önnur samfélagsleg vandamál í hráefnaöflun þeirra.

Vandamálið er enn til staðar árið 2026

Þetta er ekki aðeins gömul saga. Rannsókn frá árinu 2025 fjallar um hvernig barnavinna heldur áfram vegna mikillar fátæktar og þess að margar fjölskyldur eiga fáa aðra möguleika á framfærslu.

ScienceDirect

Í skýrslu bandaríska atvinnumálaráðuneytisins um árið 2024 kemur jafnframt fram að börn vinni við að grafa, flokka, bera og þvo kóbalt og kopar í Kongó.

Barnavinna – skuggahlið rafhlöðuframleiðslunnar

Á bak við tækniframfarir rafbílavæðingarinnar er alvarlegur vandi sem ekki má þegja yfir.

Alþjóðleg mannréttindasamtök hafa skjalfest að börn, sum aðeins sjö ára gömul, hafi unnið við kóbaltnámuvinnslu í Lýðstjórnarlýðveldinu Kongó. Börnin hafa meðal annars unnið við að grafa eftir málmgrýti, bera þungar byrðar og hreinsa hráefni við hættulegar aðstæður.

Kóbalt úr slíkum námum getur borist inn í alþjóðlega aðfangakeðju rafhlöðuframleiðenda. Það getur verið erfitt að rekja upprunann eftir að málmur frá mörgum námum hefur verið blandaður saman og hreinsaður.

Þótt sumir rafbílaframleiðendur hafi dregið úr kóbaltnotkun eða tekið upp kóbaltlausar rafhlöður er vandamálið ekki úr sögunni.

Skýrslur frá árunum 2024–2026 sýna að barnavinna og hættuleg vinnuskilyrði eru enn áhyggjuefni í námuvinnslu í Kongó.

Rafbílaframleiðendur og rafhlöðufyrirtæki verða því að geta sýnt fram á hvaðan hráefnin koma og hvernig mannréttindi eru tryggð í allri aðfangakeðjunni.

Umhverfisvænn bíll á ekki að byggja á því að börn séu svipt bernsku sinni.

Hvaða bílaframleiðendur hafa minnkað kóbaltnotkun?

BYD

Eitt skýrasta dæmið. Blade-rafhlaðan notar járnfosfat í stað nikkels og kóbalts. BYD segir að tæknin sé notuð í öllum núverandi raf- og tengiltvinnbílum fyrirtækisins.

Tesla

Hefur notað LFP í ódýrari útgáfum og minnkað kóbalthlutfall í öðrum. Tesla segir sjálft að nikkelrafhlöðurnar innihaldi enn kóbalt.

Volvo

EX30 Standard Range hefur verið fáanlegur með LFP en Extended Range og Performance með NMC sem inniheldur kóbalt.

Polestar

Polestar 3 er með NMC-rafhlöðu, þar sem nikkel, mangan og kóbalt eru hluti af jákvæða rafskautsefninu.En hér er áhugaverð þróun: Í sjálfbærniskýrslu Polestar fyrir 2025 kemur fram að rafhlaðan í Polestar 3 innihaldi að lágmarki 50% endurunnið kóbalt samkvæmt þeim upplýsingum sem framleiðandinn birtir. Þetta er ekki fullyrðing um hverja eldri árgerð. Polestar notar einnig rekjanleikakerfi fyrir Kobalt, Litium,Nikkel og grafit

Polestar – Electric cars | Polestar US

Hvað þýðir þetta fyrir barnavinnu?

Það er mikilvægt að greina á milli þess að útrýma kóbalti úr rafhlöðu og þess að útrýma barnavinnu úr aðfangakeðjunni.

Kóbaltlaus LFP-rafhlaða útilokar þörfina fyrir kóbalt í jákvæða rafskautið. Það fjarlægir ákveðna áhættu sem tengist kóbaltnámuvinnslu í Kongó.

Hins vegar þarf enn litíum, grafít, kopar og önnur efni. Þau hafa einnig sínar umhverfislegu og samfélagslegu áskoranir.

LFP samanborið við rafhlöður sem innihalda nikkel og kóbalt

Evrópumarkaður 2024 samkvæmt Cobalt Institute/Rho Motion

Tengd grein: Hversu lengi ætti rafhlaða rafbíls að endast.