De EV-transitie uitgelegd: batterij-uitdagingen

"Energie en informatie zijn twee basisvaluta's van organische en sociale systemen", zei de economische Nobelprijswinnaar Herb Simon eens

opgemerkt

. "Een nieuwe technologie die de voorwaarden verandert waarop de ene of de andere beschikbaar is voor een systeem, kan de meest diepgaande veranderingen aangaan." Elektrische voertuigen op grote schaal veranderen tegelijkertijd de voorwaarden van beide basisvaluta's. Betrouwbare, veilige leveringen van mineralen en software zijn kernelementen voor EV's, die een "verschuiving van een brandstofintensief naar een materiaalintensief energiesysteem" vertegenwoordigen, aldus een

rapport

Door de

Internationaal Energie Agentschap

(IEA). De minerale vereisten voor de batterijen en elektromotoren van een EV zijn bijvoorbeeld zes keer zo hoog als die van een ICE-voertuig, wat kan

verhogen van het gemiddelde gewicht

van een EV met 340 kg (750 pond). Voor zoiets als de Ford Lightning, de

gewicht kan meer dan twee keer zijn

die hoeveelheid. EV's zorgen ook voor een verschuiving van een elektromechanisch-intensief naar een informatie-intensief voertuig. EV's bieden een virtuele schone lei om het ontwerp van veilige,

softwaregedefinieerde voertuigen

waarbij computers en ondersteunende elektronica de belangrijkste factoren zijn voor de kenmerken, functies en waarde van een voertuig. Software maakt ook de ontkoppeling mogelijk van de interne mechanische verbindingen die nodig zijn in een ICE-voertuig, waardoor een EV op afstand of autonoom kan worden bestuurd. Een bijkomend voordeel is dat het wegvallen van de ICE-aandrijflijn niet alleen het aantal componenten vermindert dat een voertuig nodig heeft, maar ook ruimte vrijmaakt voor meer passagierscomfort en meer opbergruimte. De effecten van Simons 'ingrijpende veranderingen' zijn direct zichtbaar, waardoor een 120 jaar oude industrie gedwongen wordt zichzelf fundamenteel opnieuw uit te vinden. EV's vereisen dat autofabrikanten nieuwe productieprocessen ontwerpen en fabrieken bouwen om zowel EV's als hun batterijen te maken. Het opvoeren van de toeleveringsketen van batterijen is de huidige trend van de autofabrikanten "

meest uitdagende onderwerp

," volgens

VW-CFO Arno Antlitz

. Het kan vijf jaar of langer duren om een ​​lithiummijn operationeel te krijgen, maar de operaties kunnen pas beginnen nadat de vereiste vergunningen zijn verkregen, een proces dat op zich al jaren kan duren. Deze planten zijn ook erg duur. Ford en zijn

Koreaanse batterijleverancier SK Innovation

zijn aan het uitgeven

$ 5,6 miljard om EV's en batterijen uit de F-serie te produceren

in Stanton, Tennessee, bijvoorbeeld, terwijl

GM geeft $ 2 miljard uit

om zijn nieuwe te produceren

Cadillac LYRIQ

EV's in Spring Hill, Tennessee. Naarmate autofabrikanten hun assortiment elektrische voertuigen uitbreiden, zullen er tientallen miljarden meer moeten worden geïnvesteerd in zowel productie- als batterijfabrieken. Geen wonder dat Elon Musk, CEO van Tesla, EV-fabrieken noemt:

gigantische geldovens

.” Bovendien, voegt Dziczek toe, die zijn er

tal van nieuwe wereldwijde EV-concurrenten

actief op zoek naar vervanging van de oude autofabrikanten. Door de "eenvoud" van elektrische auto's in vergelijking met ICE-voertuigen kunnen deze ontwrichters vanuit het niets concurreren met oudere autofabrikanten, niet alleen op de automarkt zelf, maar ook op het gebied van materiaal en arbeid.

Batterijen en de supply chain-uitdaging

Een andere kritische vraag is of de geplande batterijfabriek alle output levert

zal de verwachte EV-productie-eisen ondersteunen

. De VS zullen bijvoorbeeld eisen

8 miljoen EV-batterijen

jaarlijks tegen 2030 als de doelstelling wordt gehaald dat de helft van alle verkopen van nieuwe voertuigen EV's zijn, en dat aantal daarna elk jaar stijgt. Als uitvoerend directeur van het IEA

Fati Birol

observeert

"Vandaag laten de gegevens een dreigende mismatch zien tussen de versterkte klimaatambities van de wereld en de beschikbaarheid van kritieke mineralen die essentieel zijn om die ambities te realiseren." Deze mismatch baart autofabrikanten zorgen.

GM

,

doorwaadbare plaats

,

Tesla

en

anderen

zijn verhuisd om batterijen tot 2025 veilig te stellen, maar daarna kan het lastig worden.

Rivian Automotive-topman RJ Scaringe

is onlangs geweest

geciteerd

in de

Wall Street Journal

door te zeggen dat "90% tot 95% van de (batterij) toeleveringsketen niet bestaat", en dat het huidige tekort aan halfgeleiderchips "een klein voorproefje is van wat we de komende twee decennia gaan voelen op batterijcellen." De concurrentie om het veiligstellen van grondstoffen, samen met de toegenomen vraag van de consument, heeft ervoor gezorgd dat de prijzen van elektrische voertuigen sterk zijn gestegen. Ford heeft

verhoogd

de prijs van de Lightning $ 6.000 tot $ 8.500 en CEO Farley

botweg

stelt dat met betrekking tot materiaaltekorten in de nabije toekomst: "Ik denk niet dat we vertrouwen moeten hebben in andere uitkomsten dan een prijsstijging."

Stevige concurrentie om technisch talent

Een cruciaal gebied van concurrentie op het gebied van middelen is het beperkte aanbod van software- en systeemingenieurs met mechatronica- en robotica-expertise die nodig is voor elektrische auto's. Grote autofabrikanten zijn agressief te werk gegaan om meer expertise op het gebied van software en systeemtechniek aan boord te brengen in plaats van deze te hebben

verblijven bij hun leveranciers

, zoals ze traditioneel hebben gedaan. Autofabrikanten hebben het gevoel dat als ze geen controle hebben over de software, ze ook geen controle hebben over hun product. Volvo's

Directeur Jim Rowan

verklaarde eerder dit jaar dat het verhogen van de rekenkracht in EV's zal

harder en meer veranderen van de auto-industrie

dan overstappen van ICE-voertuigen naar EV's. Dit betekent dat EV-winnaars en -verliezers voor een groot deel zullen worden gescheiden door hun "relatieve kracht in hun cyber-fysieke systeemengineering", stelt Clemson's Paredis. Zelfs voor de grote autoleveranciers zal de overgang naar EV's geen gemakkelijke weg zijn. Autofabrikanten zijn dat bijvoorbeeld

veeleisend

deze leveranciers absorberen meer kostenbesparingen omdat autofabrikanten EV's zo duur vinden om te bouwen. Autofabrikanten willen niet alleen geavanceerde software-expertise in huis halen, maar ze willen meer interne expertise op het gebied van kritieke EV-toeleveringsketencomponenten,

vooral batterijen

. Autofabrikanten,

inclusief Tesla

zijn allemaal op zoek naar batterijtalent, met

biedingsoorlogen

naar verluidt uitbreken om topkandidaten te verwerven. Met autofabrikanten die van plan zijn meer dan $ 13 miljard uit te geven om te bouwen

minimaal 13 nieuwe EV-batterijfabrieken

in Noord-Amerika zal er binnen de komende vijf tot zeven jaar waarschijnlijk een extreem tekort aan ervaren management- en productielijntalent zijn. Die van Tesla

Texas Gigafactory

behoeften

ongeveer 10.000 arbeiders

alleen bijvoorbeeld. Met tenminste

60 nieuwe batterijfabrieken gepland

in 2030 wereldwijd operationeel moeten zijn, en

scores die kort daarna nodig waren

grote batterijfabrikanten

staan ​​al op de voorgrond

hun verwachte vaardigheidstekorten.

De onderliggende reden voor de zorg is dat het leveren van voldoende grondstoffen aan zowel bestaande en geplande batterijfabrieken als aan de fabrikanten van

andere hernieuwbare energiebronnen

en

militaire systemen

, die strijden om dezelfde materialen, hebben verschillende complicaties te overwinnen. Onder hen is de behoefte aan meer mijnen om de vereiste metalen te leveren, die hebben

piekte in prijs

naarmate de vraag is toegenomen. Bijvoorbeeld terwijl de vraag naar

lithium

groeit snel, zijn investeringen in mijnen aanzienlijk achtergebleven bij investeringen in elektrische auto's en batterijfabrieken. Het kan

vijf jaar of langer duren

om een ​​lithiummijn op gang te krijgen, maar de operaties kunnen pas beginnen nadat het vereiste is veiliggesteld

vergunningen

een proces dat zelf kan

jaren duren

. Het ontginnen van de grondstoffen veronderstelt natuurlijk dat er voldoende raffinagecapaciteit is om ze te verwerken,

die buiten China

, is gelimiteerd. Dit geldt vooral in de VS, die volgens een Biden-regering

speciaal onderzoeksrapport toeleveringsketen

, heeft "beperkte productiecapaciteit voor grondstoffen en vrijwel geen verwerkingscapaciteit." Bijgevolg stelt het rapport dat de VS "de beperkte grondstoffen die vandaag worden geproduceerd, exporteren naar buitenlandse markten". De output van de enige nikkelmijn in de VS, de Eagle-mijn in Minnesota, is dat bijvoorbeeld wel

naar Canada gestuurd

voor het smelten. “Energie en informatie zijn twee basisvaluta's van organische en sociale systemen. Een nieuwe technologie die de voorwaarden verandert waarop de ene of de andere beschikbaar is voor een systeem, kan de meest ingrijpende veranderingen bewerkstelligen.” —Kruid Simon Een mogelijke oplossing is om over te stappen van lithium-ionbatterijen en nikkel-metaalhydridebatterijen naar andere batterijchemieën zoals

lithium-ijzerfosfaat

,

lithium-ionfosfaat

,

lithium-zwavel

,

lithium-metaal

en

natrium-ion

onder vele anderen

laat staan

solid-state batterijen

, als een manier om een ​​deel van de materiële leverings- en kostenproblemen te verlichten. Tesla is

op weg naar

het gebruik van lithium-ijzerfosfaatbatterijen, waar Ford voor staat

enkele van zijn voertuigen

. Deze batterijen zijn kobaltvrij, wat verlicht

verschillende inkoopproblemen

. Een andere oplossing kan zijn het recyclen van zowel EV-batterijen als het afval en afgekeurde producten van de batterijproductie, die kunnen worden gebruikt

tussen de 5 en 10 procent

van de productie. Effectieve recycling van EV-batterijen "heeft het potentieel om de primaire vraag te verminderen in vergelijking met de totale vraag in 2040, met ongeveer 25% voor lithium, 35% voor kobalt en nikkel en 55% voor koper", aldus een

rapport

(pdf) door de

Universiteit van Sidney

Instituut voor Duurzame Toekomst

.

Terwijl investeringen in het creëren van een EV-batterij

recycling faciliteiten

zijn begonnen, is het de vraag of die er komt

genoeg batterij fabrieksschroot

en andere

afval van lithium-ionbatterijen

zodat ze operationeel kunnen blijven terwijl ze wachten op voldoende batterijen om ze winstgevend te maken. Het recyclen van lithium-ionbatterijen is erg tijdrovend en duur,

mijnbouw lithium vaak goedkoper maken

dan bijvoorbeeld recyclen. Het recyclen van lithiumbatterijen met een laag of geen kobaltgehalte, de richting die veel autofabrikanten inslaan, kan het ook halen

onrendabel

om ze te recyclen. Een bijkomend probleem is dat EV-batterijen, eenmaal niet meer bruikbaar voor het voortbewegen van de EV,

hebben nog jaren van leven in zich

. Ze kunnen zijn

opgeknapt, herbouwd en hergebruikt in elektrische auto's

of

hergebruikt

in opslagapparaten voor huizen, bedrijven of het elektriciteitsnet. Of het gaat lukken

economisch zinvol om op schaal te doen in plaats van ze te recyclen

valt nog te bezien.

Howard Nusbaum

de beheerder van de

Nationaal rapportageprogramma voor bergingsvoertuigen

(NSVRP), stelt het kort en bondig: "Er is geen recycling, en geen EV-recycling-industrie, als er geen economische basis voor is."

In het volgende artikel in de serie gaan we kijken of het net tientallen miljoenen EV's aankan.