Deze blog maakt een onderdeel uit van de Master thesis van Pieter Jan Jordaens en Reinout Grommen. Hoewel we zelf enorme voorstaanders zijn van de introductie van elektrische wagens is het toch interessant om niet alleen stil te staan bij de voordelen van deze voertuigen. Deze blog heeft de bedoeling ook te focussen op de nadelen van de elektrische voertuigen en de elektrische voertuigtechnologie in het algemeen bloot leggen.
Naar aanleiding van de vorige berichten over de schaarsheid van lithium, zijn we op zoek gegaan naar wat eventueel het alternatief kan zijn. Hierbij zijn we op de zink-lucht batterijen gestoten. Deze batterijen hebben in vergelijking met de lithium-ion batterijen heel goede prestaties zoals de volgende figuur illustreerd.De reden hiervoor is dat deze batterijen de omgevingslucht gebruiken als tweede reagens in de reactie. Er wordt dus heel wat gewicht bespaard. Ook lithium batterijen met lucht als tweede reagens bestaan, maar zink is niet zo schaars. Het staat 24ste op de lijst van meest voorkomende elementen in de korst van de aarde.
Verder zouden deze batterijen veiliger zijn en milieuvriendelijker om te produceren.
Tot slot kunnen deze batterijen in de toekomst misschien nog een mooi toemaatje hebben. Zo moet de CO2 uit de inkomende lucht gefilterd worden. Als men dit op een manier kan doen waardoor de CO2 blijvend opgeslagen wordt, dan hebben we een middel om de te hoge C02 concentratie in de atmosfeer actief te bestrijden.
Momenteel zijn deze batterijen nog niet commercieel verkrijgbaar voor voertuigtechnologie, maar wel voor gehoorapparaten.
In een voorgaande blog (Het aantal politieke grondstoffen neemt toe) konden we al kort lezen dat China beschikt over 95% van de wereldreserves aan zeldzame metalen. Men spreekt over 17 metalen waarvan de voornaamste Neodymium, Thulium, Terbium, Dysprosium, Yttrium, Lutetium, Europium, Cerium en Lanthanum zijn. Deze worden voornamelijk uit een mijn vlakbij Bautou, een stad in midden-Mongolië gedolven.
Het zijn nu net deze metalen die frequent gebruikt worden in de groene technologieën zoals windmolens, hybride- en elektrische voertuigen, brandstofcellen, en de batterijtechnologie. Vooral Neodymium wordt gebruikt in elektrische voertuigen, meerbepaald in de magneten die de stroom opwekken in de elektrische motor. Zo bezit elke Toyota Prius bijvoorbeeld ongeveer 16 kg aan zeldzame materialen, waarvan 1 kg Neodymium (het hoofdbestanddeel in de legering van de permanente magneten). De andere 15 kg aan zeldzame materialen zijn terug te vinden in de batterijen. Een mogelijk alternatief voor Neodymium zijn Samarium en kobalt, maar deze zijn duurder. Nog andere metalen maken de elektromotoren te zwaar waardoor het verbruik toeneemt.
Sinds enkele jaren schroeft China zijn export terug om zo zijn eigen industrie te kunnen bevoorraden. Hierdoor is de prijs van Neodymium van 11.7 $/kg in 1992 gestegen tot 60 $/kg. Volgens de Daily Telegraph is in Bejing een wet in de maak om de Chinese export van deze zeldzame aardmaterialen te verbieden. Hierbij zou de export van Thulium, Terbium, Dysprosium, Yttrium en Lutetium worden verboden in de periode van 2009-2015 om in eigen behoefte te kunnen voldoen. De export van Neodymium, Europium, Cerium en Lathanum worden verminderd tot 35000 ton per jaar, ver onder de huidige wereldvraag.
In onze thesis, die gaat over de ontwikkeling van een elektrische aandrijflijn voor een elektrisch voertuig, maken we geen gebruik van een motor met permanente magneten (zogenaamde Permanent magnet synchronous motors PMSM). We maken meerbepaald gebruik van een geschakelde reluctantiemotor (SRM) die geen magnetisch materiaal bevat. De opbouw van dit exotisch type elektromotor is simpel en robuust en bestaat enkel uit een stalen blikpakket en koperen windingen. Dat maakt tevens dat dit type elektromotor goedkoper te produceren is in massaproductie dan de PMSM.
Tevens heeft de SRM de laagste levenscyclusimpact van alle elektromotoren op de markt. Momenteel wordt dit type motor nog niet commercieel gebruikt in de automobielindustrie, maar toch zien wij een enorm potentieel in deze technologie, wanneer we de bovenstaande problematiek in acht nemen. Indien men niet inzet op een brede waaier van technologieën omtrent de aandrijving van de elektrische voertuigen vrezen we dat deze duur zullen blijven in vergelijking met de conventionele brandstofmotoren.
Niet alleen de stijgende prijs van de zeldzame materialen is hierbij een zwakte, maar ook de stijgende prijzen van Lithium, een metaal dat gebruikt wordt voor de productie van batterijen. Tevens blijkt dat het delven van deze zeldzame materialen met enige schade aan het milieu, mens en maatschappij gepaard gaat. Men mag de zogenaamde ‘environmental cost’ niet vergeten ! Bij het verwerken van de ruwe aardmaterialen worden vaak toxische chemicaliën zoals Ammonium Bicarbonaat en Oxaalzuur gebruikt die diep worden geïnjecteerd in de ondergrond.
De reden hiervoor is dat deze batterijen de omgevingslucht gebruiken als tweede reagens in de reactie. Er wordt dus heel wat gewicht bespaard. Ook lithium batterijen met lucht als tweede reagens bestaan, maar zink is niet zo schaars. Het staat 24ste op de lijst van meest voorkomende elementen in de korst van de aarde.
