Ze zijn stil, hebben geen uitstoot en je hoeft niet te schakelen. De elektrische auto wordt steeds populairder – niet alleen onder consumenten, maar ook onder cruciale politieke spelers.
De EU verbiedt de verkoop van auto’s op fossiele brandstoffen vanaf 2035 en zet in op elektrisch rijden. China heeft aangekondigd vanaf 2035 alleen nog ‘nieuwe-energie-auto’s’ te laten rijden. En Californië, de op vier na grootste economie ter wereld, laat weten dat alle auto’s die er vanaf 2035 worden verkocht, moeten voldoen aan de eis ‘nuluitstoot.’
Niets lijkt de opmars van de elektrische auto dus nog in de weg te staan.
Fossiele auto’s zijn nog altijd beter als het gaat om actieradius, rij-eigenschappen en op sommige punten zelfs milieuvriendelijkheid.
Maar ingenieurs komen binnenkort met nieuwe milieuvriendelijke accu’s, betere laadpalen en inventieve recyclingtechnologieën, zodat de elektrische auto zich eindelijk de groene koning van de weg kan noemen.
Om te begrijpen waar de elektrische auto nu staat op de klimaatbalans en wat ervoor nodig is om zijn groene potentieel waar te maken, pakken we er eerst een CO2-calculator bij.
Batterijen verkleinen CO2-voetafdruk
Elektrische auto’s rijden op stroom en hebben geen uitstoot. Toch is het de vraag hoe milieuvriendelijk ze zijn in vergelijking met fossiele exemplaren. Dat heeft te maken met de accu’s, die worden gemaakt van metalen waarvan de winning schadelijk is voor het klimaat. Maar hoe schadelijk?
Twee van de populairste auto’s in beide categorieën zijn de Tesla 3 en de Volkswagen Passat.
Bij de productie van een Tesla Model 3 komt 19 ton CO2 vrij.
Zonder accu is de uitstoot van de productie van de Passat en de Tesla ongeveer gelijk: zo’n 10 ton CO2. Met de accu erbij komt de Tesla op 19 ton.
De fossiele auto doet het dus nog steeds beter. Maar er komen nieuwe, schonere batterijen aan.
In 2013 was de Nisssan Leaf de meest verkochte elektrische auto van Europa. Het opladen van de accu van 24 kWh duurde uren en de actieradius was 120 km. Nu heeft een Tesla Model 3 een drie keer zo krachtige accu, die sneller oplaadt en een vier keer grotere actieradius heeft.
Een aantal fabrikanten gebruikt nu al lithium-ijzerfosfaatbatterijen. Die maken kobalt overbodig, dat grotendeels met behulp van fossiele energiebronnen wordt gewonnen en daarom voor veel CO2-uitstoot zorgt.
Ook wordt er gewerkt aan lithium-zwavelbatterijen, die veel lichter en kleiner zijn, waardoor de uitstoot bij de productie wordt beperkt.
Maar de grote doorbraak zou zijn om volledig van het relatief vervuilende lithium af te raken. En daarbij zou heel gewoon keukenzout kunnen helpen.
Onderzoekers van het Amerikaanse ministerie van Energie hebben een batterij getest waarin in plaats van lithiumionen natriumionen (zoals we die kennen uit natriumchloride of keukenzout) van de ene pool van de batterij naar de andere gaan en zo de stroom op gang brengen.
Het bleek dat natrium bijna dezelfde energiedichtheid oplevert als lithium. Daarbij gaat natrium potentieel langer mee en is het beter bestand tegen hitte, zodat batterijen niet spontaan kunnen ontbranden, wat eerder al een grote uitdaging is gebleken bij elektrische auto’s.
Nieuwe materialen verlagen klimaatbelasting
Momenteel is de productie van batterijen voor elektrische auto’s nog steeds belastend voor het klimaat. Maar er komen nieuwe, minder schadelijke materialen aan.
1. Nikkel vervangt duur metaal
Amerikaanse onderzoekers willen nikkel gebruiken voor de kathode, de positieve pool van de batterij. Bij de winning van nikkel komen veel minder broeikasgassen vrij dan bij die van kobalt, dat nu het meest gebruikte metaal is in de kathode.
2. Natrium kan reddende engel zijn
Ionen gaan van de negatieve pool van een batterij naar de positieve, waardoor de stroom gaat lopen. Het Amerikaanse ministerie van Energie ontwikkelde een batterij op basis van natriumionen in plaats van het lastig te winnen lithium.
3. Nanomateriaal kan grafiet vervangen
In de anode, de negatieve pool, worden de ionen gebonden. Onderzoekers willen anoden maken van een nanomateriaal van ijzer, koper en ijzeroxide in plaats van grafiet. Dit kan de batterij driemaal zo veel capaciteit en een vijfmaal langere levensduur geven.
Als lithium kan worden vervangen door makkelijk verkrijgbare stoffen als zout, is de weg vrij voor een nieuwe generatie elektrische auto’s, die geen grotere CO2-voetafdruk hebben dan fossiele.
Elektromotor is efficiënter
De elektrische auto stoot tijdens het rijden vrijwel geen CO2 uit, maar de stroom die hij gebruikt moet wel worden opgewekt en gedistribueerd.
Het doet er dus toe waar die stroom vandaan komt. Als de elektriciteit voor een Tesla 3 afkomstig is van een oude kolencentrale, veroorzaakt de productie van 1 kilowattuur een uitstoot van circa 1 kilo CO2. Maar komt de stroom van windenergie of waterkracht, dan is dat momenteel zo’n 11 à 12 gram CO2 per kilowattuur.
Dat is ongeveer 1/30 van de hoeveelheid CO2 die een Volkswagen Passat uitstoot per kilowattuur energie voor de motor. Dus naarmate meer energie van hernieuwbare bronnen als water, wind en zon komt, doet de elektrische auto het beter op de klimaatbalans.
Een deel van de klimaatbelasting van een elektrische auto komt van de stroom die verloren gaat op weg van de bron naar de auto. Er wordt echter gewerkt aan nieuwe laadtechnologieën, die het energieverlies zo veel mogelijk beperken.
De snelste laders van nu werken met een apart apparaat dat netstroom omzet in 480V. De twee apparaten wegen samen ruim een ton, en tijdens het opladen gaat gemiddeld 7 procent van de energie verloren. Maar onderzoekers van de North Carolina State University in de VS werken aan de laadtechnologie medium-voltage fast charging (MVFC), die het verzamelen, omzetten en opladen combineert in één apparaat van slechts 100 kilo en waarbij slechts 2,5 procent van de energie verloren gaat in de vorm van warmte.
Na 200.000 km rijden is de totale CO2-uitstoot van een Tesla Model 3 33 procent lager dan die van een Volkswagen Passat.
Zodra de stroom in de elektrische auto zit, gaat deze aan kop. Een elektromotor is superefficiënt, mede doordat hij in vergelijking met een verbrandingsmotor heel weinig bewegende onderdelen heeft. Maar liefst 94 procent van de gebruikte energie komt ten goede aan de snelheid. Dit betekent dat 6 procent verloren gaat in de vorm van warmte. Een Volkswagen Passat verliest maar liefst 60 procent van de energie in de diesel die hij verbrandt.
Kortom, als een elektrische auto eenmaal rijdt, verslaat hij nu al elke fossiele auto op het gebied van de totale CO2-uitstoot.
GIDS: Welke elektrische auto moet ik kiezen?
Wil jij graag investeren in een elektrische auto, maar weet je niet welke het best geschikt voor je is? Geen ramp. De ANWB heeft er een aantal vergeleken op het gebied van actieradius, prijs en snelste laders. Lees het artikel hier.
Maar hoe zit het als de elektrische auto en de accu op zijn? We nemen het laatste deel van de klimaatbalans onder de loep.
Accu’s worden steeds vaker gerecycled
Als de auto’s een paar jaar rijden, loopt de elektrische auto steeds verder uit op zijn fossiele broertje.
Na tien jaar gebruik en 200.000 kilometer rijden is de totale CO2-uitstoot van de Passat 44 ton en die van de Tesla 29 ton – zo’n 33 procent lager.
En de rekensom zal er waarschijnlijk radicaal anders uitzien voor elektrische auto’s die dit jaar van de band rollen. Duurzame energie is sterk in opkomst, en de uitstoot van de energieproductie daalt naarmate windmolens en zonnecellen uitgediende kolencentrales vervangen.
Ook bij een ander teer punt van de elektrische auto, recycling, gaat de ontwikkeling de goede kant op. De accu met zijn kostbare metalen belandt namelijk niet zonder meer op de stort, zoals vaak gedacht wordt.
Veel onderdelen kunnen worden hergebruikt. Lithium bijvoorbeeld: ingenieurs vermalen de batterijen, scheiden het lithium van andere metalen op een schudtafel en lossen het op in water, dat wordt gefilterd. Dit levert lithiumcarbonaat op, een poeder dat in een nieuwe batterij kan worden gebruikt.
Volgens experts van de Amerikaanse ngo Union of Concerned Scientists kan de accu van een elektrische auto nu al met 80 procent van de oorspronkelijke capaciteit worden hergebruikt. Ofwel: een accu die nu een capaciteit heeft van 100 kilowattuur, kan 80 kilowattuur leveren als hij zijn werk in een elektrische auto heeft gedaan.
Zenuw van accu wordt hergebruikt
1. Drab wordt opgevangen in tank
De kap van plastic, aluminium en staal wordt verwijderd en de batterijcellen worden vermalen. Koper en kobalt worden op een schudtafel verwijderd, en het lichtere lithium gaat als een waterige drab verder.
2. Lithium wordt uit drab gefilterd
De drab gaat naar een reeks kamers met filters, die in een filterpers worden samengeperst. Zo worden het water en lithium gescheiden van de andere reststoffen. Het mengsel wordt vervolgens ingekookt in een verdamper.
3. Zout wordt gevormd
Nu wordt natriumcarbonaat ofwel soda toegevoegd. Dit bindt zich aan het lithium, en samen vormen ze het zout lithiumcarbonaat. Het water wordt eruit geperst en het lithiumcarbonaat kan nu worden gebruikt voor nieuwe batterijen.
Onderzoekers van het Worcester Polytechnic Institute in de VS ontwikkelden recent een methode om de stoffen in de kathode van een batterij te isoleren. Vervolgens voegen ze zorgvuldig afgemeten hoeveelheden van de juiste metalen toe om tot de gewenste verhoudingen te komen. Het resultaat zijn batterijen die soms zelfs efficiënter zijn de huidige nieuwe batterijen.
Als dergelijke methoden ingang vinden op de markt, zal de elektrische auto een grote stap zetten naar de verwezenlijking van zijn groene potentieel.
Maar het kan nog groener – want waarom niet de hele auto recyclen? Studenten van de Eindhoven University of Technology hebben dit idee gerealiseerd met de auto Luca, die volledig bestaat uit gerecyclede materialen.
De carrosserie is opgebouwd uit vlas en plastic uit zee. Het interieur is gemaakt van gerecycled huishoudafval, terwijl de buitenkant bestaat uit hard plastic van bijvoorbeeld televisies en witgoed.
Zes accu’s, verzameld uit afgedankte auto’s, drijven de auto aan. Zelfs de verf komt van gebruikte materialen.
Elektrische auto’s zijn nu relatief moeilijk te recyclen, maar dat wordt in de toekomst anders. Dat bewijst de auto Luca uit 2020 van studenten van de TU Eindhoven. Die bestaat volledig uit gerecyclede materialen en accu’s uit afgedankte auto’s.
Een argument tegen elektrische auto’s was altijd dat de productie en afvalverwerking het milieu zwaar belasten. Daar zit nog steeds iets in, maar we komen steeds dichter bij milieuvriendelijke batterijen en volledig hergebruik.
En als we daar eenmaal zijn, is de elektrische auto de onbetwiste klimaatwinnaar op de weg.