Akkujen elinkaarianalyysi ja hiilijalanjälki
Kittilä, Joona (2022)
2022
Tieto- ja sähkötekniikan kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Computing and Electrical Engineering
Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta - Faculty of Information Technology and Communication Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2022-05-02
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202204284098
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202204284098
Tiivistelmä
Tässä kandidaatintyössä perehdytään akkujen elinkaareen ja hiilijalanjälkeen. Työ on kirjallisuuskatsaus, joten mitään omaa tutkimusta tässä kandidaatintyössä ei suoriteta. Aihe rajattiin koskemaan kolmea yleistä akkutyyppiä: lyijyakkua, nikkeliakkua ja litiumakkua. Elinkaarianalyysissä selvitetään akkujen ominaisuuksia ja tarkastellaan niiden elinkaarta aina valmistuksesta kierrätykseen asti. Hiilijalanjälki selvitetään tarkasteltavien akkutyyppien akuille.
Lyijyakun elinkaari alkaa valmistuksesta. Lyijyakussa tärkeimpinä raaka-aineina ovat lyijy, muovi ja rikkihappo. Lyijyakut ovat painavia akkuja, joita käytetään energiavarastoina sovelluksissa, joissa paino ei ole ongelma. Yleisin käyttökohde on ajoneuvot, joissa päivittäisellä käytöllä lyijyakun käyttöikä on noin 4 vuotta. Lyijyakun elinkaari on siten suhteellisen lyhyt. Lyijyakun käytön päätyttyä akku päätyy yleensä kierrätykseen. Lyijyakkujen kierrätys on hyvällä tasolla ja akusta voidaankin kierrättää jopa 98 %.
Nikkeliakuista tarkasteltavana oli nikkelimetallihydridiakku (NiMH-akku). NiMH-akun pääasiallinen käyttökohde on hybridiajoneuvojen akut sekä AA- ja AAA-paristot. Hybridiajoneuvossa akun käyttöikä on noin 4–7 vuotta ja käyttöiän tultua täyteen akut päätyvät kierrätykseen. NiMH-akut ovat menettäneet markkinaosuuksia muun muassa litiumakuille, joilla on NiMH-akkuja paremmat ominaisuudet.
Litiumakuista tarkasteltavana oli litiumioniakku (Li-ion-akku). Li-ion-akut ovat vallanneet markkinoilta suuria osuuksia monien hyvien ominaisuuksien ansiosta. Li-ion-akut ovat kevyitä, suurella käyttöjännitteellä ja korkealla energiatiheydellä varustettuja akkuja. Li-ion-akuilla on myös pitkä käyttöikä, tyypillisesti 8 vuotta tai enemmän. Li-ion-akkuja käytetään sähköajoneuvojen akkuina, kulutuselektroniikassa sekä monissa muissa sovelluksissa. Li-ion-akkujen heikkous on niiden kierrätyksen huono taso.
Hiilijalanjälki selvitettiin akun koko elinkaarelle, pois lukien kierrätys. Saadut hiilijalanjäljet koostuvat akun raaka-aineista, valmistuksesta ja käytön aikana syntyneistä päästöistä. Tarkasteltava lyijyakku oli kooltaan 1 kWh ja sen hiilijalanjäljeksi saatiin 392,08 kg CO2e. Nikkeliakuista tarkasteltavana oli NiMH-akku, jonka kapasiteetti oli 1800 mAh ja käyttöjännite 1,2 V. Tämän NiMH-akun hiilijalanjäljeksi saatiin 1483,72 kg CO2e. Litiumakuista tarkasteltava oli litiumrautafosfaattiakku, jonka kapasiteetti oli 1440 mAh ja käyttöjännite 4 V. Tämän Li-ion-akun hiilijalanjäljeksi saatiin 736,35 kg CO2e.
Lyijyakun elinkaari alkaa valmistuksesta. Lyijyakussa tärkeimpinä raaka-aineina ovat lyijy, muovi ja rikkihappo. Lyijyakut ovat painavia akkuja, joita käytetään energiavarastoina sovelluksissa, joissa paino ei ole ongelma. Yleisin käyttökohde on ajoneuvot, joissa päivittäisellä käytöllä lyijyakun käyttöikä on noin 4 vuotta. Lyijyakun elinkaari on siten suhteellisen lyhyt. Lyijyakun käytön päätyttyä akku päätyy yleensä kierrätykseen. Lyijyakkujen kierrätys on hyvällä tasolla ja akusta voidaankin kierrättää jopa 98 %.
Nikkeliakuista tarkasteltavana oli nikkelimetallihydridiakku (NiMH-akku). NiMH-akun pääasiallinen käyttökohde on hybridiajoneuvojen akut sekä AA- ja AAA-paristot. Hybridiajoneuvossa akun käyttöikä on noin 4–7 vuotta ja käyttöiän tultua täyteen akut päätyvät kierrätykseen. NiMH-akut ovat menettäneet markkinaosuuksia muun muassa litiumakuille, joilla on NiMH-akkuja paremmat ominaisuudet.
Litiumakuista tarkasteltavana oli litiumioniakku (Li-ion-akku). Li-ion-akut ovat vallanneet markkinoilta suuria osuuksia monien hyvien ominaisuuksien ansiosta. Li-ion-akut ovat kevyitä, suurella käyttöjännitteellä ja korkealla energiatiheydellä varustettuja akkuja. Li-ion-akuilla on myös pitkä käyttöikä, tyypillisesti 8 vuotta tai enemmän. Li-ion-akkuja käytetään sähköajoneuvojen akkuina, kulutuselektroniikassa sekä monissa muissa sovelluksissa. Li-ion-akkujen heikkous on niiden kierrätyksen huono taso.
Hiilijalanjälki selvitettiin akun koko elinkaarelle, pois lukien kierrätys. Saadut hiilijalanjäljet koostuvat akun raaka-aineista, valmistuksesta ja käytön aikana syntyneistä päästöistä. Tarkasteltava lyijyakku oli kooltaan 1 kWh ja sen hiilijalanjäljeksi saatiin 392,08 kg CO2e. Nikkeliakuista tarkasteltavana oli NiMH-akku, jonka kapasiteetti oli 1800 mAh ja käyttöjännite 1,2 V. Tämän NiMH-akun hiilijalanjäljeksi saatiin 1483,72 kg CO2e. Litiumakuista tarkasteltava oli litiumrautafosfaattiakku, jonka kapasiteetti oli 1440 mAh ja käyttöjännite 4 V. Tämän Li-ion-akun hiilijalanjäljeksi saatiin 736,35 kg CO2e.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8253]