Käyttövaiheeseen lukeutuu sekä valmiiden akkujen käyttäminen erilaisissa sovel-luksissa (tarkastellaan yksityiskohtaisemmin luvussa 3) että jo käytettyjen akkujen uudelleenkäyttö. Uudelleenkäyttö voi olla ratkaisu esimerkiksi tilanteessa, jossa akun primäärinen käyttökohde on tarkkaan säädelty, ja akkua ei saa enää käyttää alkupe-räisessä tarkoituksessa. Toistaiseksi tällaista sääntelyä on vielä vähän, mutta se voi lisääntyä lähitulevaisuudessa. (European Committee 2020) Yleisesti 2nd life akuiksi on ajateltu akkuja, joiden kapasiteetti on pienentynyt 80 %:iin alkuperäisestä, koska tällöin akun ikääntyminen ei ole enää välttämättä lineaarisesti ennustettavaa, mikä voi vaikuttaa niiden luotettavuuteen alkuperäisessä käyttötarkoituksessa. (Naumann et al. 2015)
2.2.1 Sovellukset
Litiumioniakkuja on niiden kaupallistumisen jälkeen käytetty useissa hyvin erilaisissa sovelluskohteissa. Vuonna 1991 elektroniikkayhtiö Sony lanseerasi ensimmäisen kau-pallisen, pienikokoisen litiumioniakun, joka soveltui pienelektroniikkakäyttöön (Sony Corporation 1991). Sittemmin litiumioniakut ovat yleistyneet myös monissa muissa ympäristöissä kuin pienelektroniikassa. Christophe Pillot (2017) tunnistaa raportis-saan suurimmiksi yksittäisiksi sovellusaloiksi autoteollisuuden, pienelektroniikan ja teollisuuden. Pienelektroniikka on yhä suuri kohde akkujen käytölle, mutta tulevai-suudessa autoteollitulevai-suudessa tarvittavat akut ja teollisen kokoluokan akut kasvattavat todennäköisesti osuuttaan merkittävästi (Horiba 2014). Erityisesti autoteollisuuden oletetaan olevan eräänlainen suunnannäyttäjä, ja autoteollisuuden akkuteollisuu-dessa käyttöönotettavat prosessit mitä todennäköisimmin yleistyvät myös muuhun käyttöön tuotettavien akkujen yhteydessä, ja toisaalta autoteollisuuden käyttöön valmistettavien akkujen volyymi määrittää pitkälti esimerkiksi akkujen alenevan hintakehityksen tahtia. (Pellow et al. 2020)(Business Finland 2019)
Kuten aiemmin mainittiin, erilaiset katodikemiat sopivat erilaisiin sovelluskohtei-siin. Mainittujen kolmen yleisimmän käyttökohteen, pienelektroniikan, autoteollisuu-den ja teollisuuautoteollisuu-den yleisimmiksi akkukemioiksi voisi nimetä vastaavasti LCO, NMC ja LFP katodikemiat. LCO on vanha ja hyvin tunnettu katodikemia, jonka haitta-puoliin lukeutuvat haasteet turvallisuuden kanssa (lämpökarkaaminen) sekä nikkelin ja koboltin tarve. NMC on yleisesti sähköautojen akuissa vakiintunut katodikemia, joka on turvallisempi ja suorituskykyisempi kuin LCO, mutta valmistuskustannus on korkeampi, ja samat raaka-ainetarpeet sisältyvät myös NMC:n käyttöön. LFP omaa loistavan suorituskyvyn, eliniän ja turvallisuuden sekä halvat materiaalikustannukset, mutta häviää muille kemioille energiakapasiteetillaan. Siksi sen käytön on povattu lisääntyvän merkittävästi, kun stationaariset energiavarastot yleistyvät, sillä niiden sovelluskohteissa energiakapasiteetti ei ole yhtä merkittävä tekijä kuin kannettavassa elektroniikassa tai sähköajoneuvoissa. (Christophe Pillot 2017)(Horiba 2014)(Kushnir 2015)
20
Taulukko 1: Katodikemioiden vertailua. (Kushnir 2015)(Horiba 2014)(Zubi et al.
2018)
Taulukossa 1 on vertailtu eri katodikemioiden ominaisuuksia. Jokaisen katodike-mian kohdalla on nostettu oleellisimmat huomiot jotka vaikuttavat siihen, millaisissa sovelluksissa niillä on nähty potentiaalia. Akkuala myös kehittyy hurjaa vauhtia, ja esimerkiksi kustannusten aleneminen voi tapahtua lyhyessäkin ajassa jonkin katodi-kemian osalta, joten taulukon arvoihin tulee suhtautua varovaisesti.
Suomalaiset yhtiöt toimivat akkujen sovelluksissa tarjoten ja kehittäen esimerkiksi haastavien olosuhteiden latauspalveluita, sähköverkkoa tukevia akkupalveluita, meri-liikenteen sähköistymistä ja raskaan työkoneiston sähköistymistä. (Business Finland 2019) Haastavien olosuhteiden latauspalveluita kehittää esimerkiksi Kempower, jonka latureiden toimivuutta testataan kylmissä olosuhteissa (Kempower 2021). Raskaita sähköisiä työkoneita tarjoaa esimerkiksi Sandvik, jonka koneet tarjoavat vaihtoehtoja perinteisille diesel-käyttöisille kaivoslaitteille (Sandvik 2021). Suuremman kokoluokan sähköverkkoa tukevat akut ovat myös yleistyneet, ja esimerkiksi Sinebrychoffin tuo-tantolaitoksen yhteyteen rakennetaan 20 MWh akku, joka tarjoaa sähkömarkkinoille kulutusjoustoa ja näin liikevaihtoa Sinebrychoffille (Sinebrychoff 2021).
2.2.2 Uudelleenkäyttö
Akkujen uudelleenkäyttö saa jatkuvasti enemmän huomiota, kun sähköajoneuvojen määrä lisääntyy yhteiskunnassa. Sähköajoneuvojen akuille luvataan tyypillisesti 8 vuoden takuu, jonka aikana akun kapasiteetin ei tulisi tippua alle 70 % (CarAdvice 2020). Koska sähköautot ovat alkaneet yleistyä suuresti vasta 2010-luvun loppupuo-lella (IEA 2021), vanhojen sähköajoneuvojen akkujen kohtalo tullee ajankohtaiseksi jossakin vaiheessa 2020-lukua. Uudelleenkäyttö koskee erityisesti vanhoja sähköajo-neuvojen akkuja, koska niissä on edelleen suhteellisen suuri kapasiteetti (70-80 %) hyödynnettävänä, mutta ne eivät enää sovellu alkuperäiseen tarkoitukseensa. Lisäksi näitä akkuja on määrällisesti paljon, joten niiden uudelleenkäytöllä on mittakaavae-tuja. Ajoneuvoakuissa tarvitaan myös suuri virrantiheys, mikä ei ole välttämätöntä
stationaarisille akuille. Tämä tukee uudelleenkäyttöä vähemmän vaativissa kohteissa.
(Pagliaro & Meneguzzo 2019)
Uudelleenkäyttöä koskevia sääntöjä on tulossa lisää. Näin pyritään varmistamaan myös uudelleenkäytettävien akkujen laatua ja turvallisuutta, joita uusien akkujen kohdalla on valvottu jo pitkään. (European Committee 2020) Alkuperäisten akkuval-mistajien, akkujen käyttäjien ja akkujen uudelleenkäyttöön valmistelevien tahojen olisi suotavaa tehdä jatkuvaa yhteistyötä, jotta akkujen uudelleenkäyttö sujuisi mah-dollisimman tehokkaasti. Nykyiset standardit akkujen vaaditusta kunnosta tietyissä sovelluksissa, kuten sähköajoneuvoissa, ovat osaltaan risteäviä. Esimerkiksi ISO stan-dardeissa sähköajoneuvoilta ei vaadita mitään tiettyä suorituskykyä, mutta muissa standardeissa suorituskykytesti katsotaan hylätyksi, jos jokin akun parametri (te-ho, kapasiteetti) on alle 80 % alkuperäisestä. (Ruiz 2018) Akkujen uudelleenkäyttö on siis hieman harmaata aluetta, mikä vähentää sen kiinnostavuutta investoijan näkökulmasta.
Akkujen uudelleenkäytössä niiden terveydentilan seuranta jo käytön aikana on oleellista. Suomessa toimiva yhtiö Akkurate tarjoaa akun kunnon seurantapalvelua, joka mahdollistaa esimerkiksi akun oikea-aikaisen kierrätyksen tai käyttökohteen vaihtamisen. (Akkurate 2021) Akun vanheneminen on monimutkainen prosessi johon vaikuttavat useat seikat, mukaan lukien käytetty teho, akun tyhjenemisaste (Depth Of Discharge (DOD)) ja akun SOC (Casals et al. 2019).
Koska käytettyjen litiumioniakkujen markkina on vielä suhteellisen pieni ja tulee kasvamaan vasta tällä vuosikymmenellä (Kuva 5), esimerkkisovelluksia on rajallisesti.
Casals et al. (2019) tunnistavat artikkelissaan neljä potentiaalista kohdetta akkujen uusiokäytölle: Sähköautojen pikalatausasemat, oman tuotannon kulutuksen maksi-mointi, verkon avustuspalvelut ja verkon investointien lykkääminen. Sähköautojen pikalatausasemat kuluttavat hetkittäin suuria tehoja, mutta eivät vaadi kovin suurta energiakapasiteettia. Jotta verkko säästyisi suurilta tehovaihteluilta, akkuja voisi käyttää tarjoamaan lisätehoa pikalatausasemilla. Oman tuotannon kulutuksen mak-simointi on tulevaisuudessa yhä kiinnostavampi aihe, kun pientuotanto ja esimerkiksi kotitalouksien aurinkopaneelit lisääntyvät. Pienet kotitalousakut (kokoluokaltaan 5-10 kWh) voivat auttaa käyttäjää siinä, että päiväsaikaan tuotettu energia ei valu verkkoon, vaan sen voi hyödyntää itse illalla. Verkon avustuspalveluilla voidaan tasa-ta verkon tasa-taajuuttasa-ta. Sähköverkon toimintasa-taa avustasa-tavat ratkaisut ovat Suomessakin jo todennettu akkujen käyttökohde (Fingrid Oyj 2020a) ja niitä käsitellään tarkemmin luvussa 3. Verkon investointien lykkäämisessä akuilla tarjotaan puskurointiapua muuntajille silloin, kun energiantarve yrittää muuntajan kapasiteetin.
22
Kuva 5: Uusiokäytössä hyödynnettävien akkujen määrän (GWh) lisääntyminen tulevaisuudessa. Lähde: Hans Eric Mellin (2018)
Toistaiseksi esimerkiksi verkon avustuspalveluihin käytetetyt akut ovat olleet uusia. Tämä voi johtua mainituista ongelmista regulaatiossa ja standardien epäsel-vyyksistä. Näiden selventämiseksi tehdään kuitenkin jatkuvasti työtä, ja hintaennus-teet uusiokäyttöön valjastettavista akuista ovat hyvin positiivisia, mikä puolestaan kannustaa lisäämään akkujen määrää sähköinfrastruktuurissa. Uusiokäyttöön valjas-tettavien akkujen hinnan arvellaan olevan n. 30 % uusien akkujen hinnasta (Kamath et al. 2020) tai ainakin alle 100 €/kWh, samassa hintaluokassa lyijyakkujen kanssa (Pagliaro & Meneguzzo 2019). On siis hyvin mahdollista, että staattisissa akuissa yleistyvät juurikin uusikäyttöön valjastetut akut, hinnan ollessa yksi suuri yleisty-mistä jarruttava tekijä. Yksi merkittävä positiivinen puoli akkujen uusiokäytössä on, että kierrätysvaiheen toimijat saavat lisää aikaa kierrätysprosessien kehittämiseen.
Kun uusiokäytetyt akut tulevat kierrätettäviksi vasta mahdollisesti 2030-luvulla, ne saadaan myös kierrätettyä tehokkaammin.