Vihreämmät akut edellyttävät uusia materiaaleja – suomalainen tutkimus kehittää kestävämpiä vaihtoehtoja EU:n tuella

Akkuteknologia kehittyy jatkuvasti. Oulun yliopiston vetämässä SIESAM-hankkeessa etsitään ympäristöystävällisempiä vaihtoehtoja akkujen sisältämien haitallisten valmistusmateriaalien, kuten koboltin, tilalle. Kehitystä vauhdittaa myös EU:n uudistuva sääntely, joka antaa akkujen valmistajille uusia mahdollisuuksia toimia vastuullisesti. 

Elinkaarensa aikana sähköautot päihittävät polttomoottoriautot ympäristöystävällisyydessä. Niiden tuotanto aiheuttaa kuitenkin päästöpiikin, sillä sähköautojen akkujen valmistaminen on erittäin energiaintensiivistä. Akkujen valmistamiseen tarvitaan valtavasti erilaisia raaka-aineita, kuten litiumia, nikkeliä ja kobolttia. Niiden louhiminen ja prosessointi vievät paljon energiaa. Sama ongelma koskee myös esimerkiksi matkapuhelimien tai läppäreiden akkuja.

Valmistusmateriaalien louhinta aiheuttaa myös monimutkaisia ekososiaalisia ongelmia. Tällä hetkellä akkujen raaka-aineita saadaan vain muutamista maista. Esimerkiksi koboltti tulee pääosin Kongosta, jossa raaka-aineita louhitaan kaivoksissa usein vaarallisissa olosuhteissa ympäristövaikutuksista piittaamatta ja lapsityövoimaa käyttäen.  

”Valtaosa ihmisistä mieltää, että akut ovat työkalu vihreään ja kestävään tulevaisuuteen, mutta valitettavasti akkuihin liittyy merkittäviä kestävyyshaasteita. Siksi niiden valmistamiseen pitää kiinnittää huomiota. Toinen syy on taloudellinen. Jos akut pystytään tekemään niin, että niiden valmistuksessa käytetään vähemmän energiaa, säästöt voivat olla huomattavia”, Oulun yliopiston optoelektroniikan ja mittaustekniikan tutkimusyksikön professori Tapio Fabritius sanoo. 

Fabritiuksen vetämä tutkimus- ja kehityshanke on nimeltään SIESAM – Kestävää ja integroituvaa sähköenergian varastointia additiivisin valmistusmenetelmin. Hankkeessa etsitään ratkaisuja akkujen valmistuksessa eniten ympäristöhaittoja aiheuttavien raaka-aineiden korvaamiseksi ekologisemmilla ja sosioekonomisesti kestävämmillä vaihtoehdoilla. Lisäksi hankkeessa etsitään ja testataan ympäristöystävällisempiä akkukennojen valmistuksessa tarvittavia liuottimia ja sideaineita sekä pyritään lisäämään teollisen tuotannon mahdollisuuksia teollisesti skaalautuvilla ratkaisuilla. Hanke vahvistaa myös alueellista verkosto- ja osaamisyhteistyötä erityisesti Pohjois-Pohjanmaan alueella. 

Vuoden 2026 lopussa päättyvä SIESAM-hanke on saanut rahoitusta EU:n alue- ja rakennepolitiikan Uudistuva ja osaava Suomi -ohjelmasta. Euroopan aluekehitysrahasto EAKR:n Innovatiivinen Suomi -toimintalinjan keskeisenä tavoitteena on parantaa tutkimus- ja innovointivalmiuksia sekä edistää kehittyneiden teknologioiden käyttöönottoa. Hankkeen koordinoinnista vastaa Oulun yliopisto yhdessä teknologian tutkimuskeskus VTT:n kanssa.

Haitallisten liuottimien tilalle turvallisempia vaihtoehtoja

Ennen akkuja Oulun yliopistossa oli jo useamman vuoden tutkittu muun muassa aurinkokennojen, ledien ja erilaisten sensoreiden valmistusta additiivisin menetelmin. SIESAM-hankkeessa mukana olevassa Kokkolan yliopistokeskus Chydeniuksessa puolestaan oli jo vuosia tehty materiaalisynteesin tutkimusta kestävän kemian professorin Ulla Lassin johdolla. Tapio Fabritius kertoo, että yhteisen intressin löytyminen sysäsi liikkeelle akkujen tutkimus- ja kehitystyön.  

Valmistusmateriaalien lisäksi monet akkujen valmistamisessa käytetyistä liuottimista ovat erittäin haitallisia ympäristölle, ja valmistusprosessin aikana ne pitää kerätä täysin talteen ja kierrättää. ”Hankkeen toisena tavoitteena haetaan vaihtoehtoja tälle liuotinsideaineyhdistelmälle niin, että se ei vaatisi näitä toksisia ja energiaa paljon vaativia materiaaleja”, Fabritius kertoo.

Akkujen valmistajille EU:n uudistuva lainsäädäntö tarjoaa kestävän ja ennakoitavan toimintaympäristön, jossa valmistajat voivat entistä paremmin huomioida akkujen eettiset, yhteiskunnalliset ja ympäristöongelmat osana kestävää liiketoimintaa. ”Samalla se on myös yksi selkeä draiveri tehdä tutkimusta”, Fabritius lisää.

Fabritius toteaa, että jo nyt on olemassa ratkaisuja, jotka tarjoavat vaihtoehtoisia tapoja valmistaa akkukennoja ilman, että toiminnallisuudesta tarvitsee antaa periksi. ”Monesti ongelma on, että kun lähdetään parantamaan esimerkiksi ympäristökestävyyttä, akun kapasiteetti tai tuotetun tuotteen toiminnalliset ominaisuudet heikkenevät. Meillä on kuitenkin selkeästi näyttöä siitä, että toiminnallisuudesta ei tarvitse antaa periksi ja silti voi tehdä akkuja ympäristöystävällisemmin.” 

Globaalissa kilpailussa Suomi on kokoaan isompi tekijä

Akkuihin liittyviä ongelmia ratkotaan ympäri maailmaa, ja Oulun yliopisto on mukana useammassakin eurooppalaisessa akkuteknologiahankkeessa.  Esimerkiksi SAFELOOPin tavoitteena on turvallisen, kestävän ja tehokkaan Li-ion-akun kehittäminen Euroopan sähköautoteollisuudelle. SPRINT-hankkeessa puolestaan kehitetään turvallisia ja kestäviä natriumioniakkuja. 

Parempien ratkaisujen löytyminen edellyttää laajaa yhteistyötä, ja SIESAM-hankkeessakin on mukana useita toimijoita. ”Sen myötä meillä on ymmärrys koko pitkästä ketjusta ja kyky tehdä kehitysprosessia akkumateriaalisynteesin alkupäästä ihan kennon valmistukseen asti”, Tapio Fabritius kertoo.

Myös linkki tutkimuskentän ja teollisen maailman välillä on tärkeä. SIESAM-hanketta rahoittavat EU:n lisäksi painetun elektroniikan yritykset sekä akkumateriaali- että pinnoitusteknologian puolelta. Samalla ne pääsevät seuraamaan alan kehitystä ja saavat tietoa siitä, minkälaisia ominaisuuksia akuilla tulee jossain vaiheessa olemaan.  

Fabritius uskoo, että Suomella olisi kaikki mahdollisuudet kehittää omaa akkutuotantoa. Vaikka Suomessa Kokkolan seudulla on akkukemiatutkimusta ja Pohjois-Euroopan suurin epäorgaanisen kemian teollisuuskeskittymä, ei Suomessa ole yhtään akkukennotehdasta. Potentiaalia kuitenkin olisi. ”Perinteiset tehtaat ovat miljardien investointi, ja siksi sellainen on toistaiseksi puuttunut Suomesta. Nyt rakennamme sellaista osaamista ja ymmärrystä, missä akkuja voitaisiin tehdä teollisesti kannattavasti ilman, että tarvitsee rakentaa gigaluokan tehdasta.” 

Uusi valmistustapa voikin tarjota Suomelle väylän nousta merkittävään rooliin akkujen valmistuksessa. ”Meillä on jo nyt olemassa vahvempi akkuarvoketju kuin on ymmärretty, sillä meillä on kaivoksia, mistä saadaan tarvittavia metalleja ja akkukemian prosessointia. Ainoa, mikä puuttuu, on akkukennojen valmistus isossa mittakaavassa.” 

Edustuston sopimuskumppanin laatima artikkeli