Tesla hevder at den samlede effekten av endringene vil bli:
Det er ulike oppfatninger om hva kostnadene ved batteriproduksjon er for Tesla i dag, men det er bred enighet om at en kostnadsreduksjon på 56 prosent vil bringe kostnadene langt under den magiske grensen på $100/kWh. Ved dette kostnadsnivået antar analytikere at produksjonskostnader for elbiler med rekkevidde på 30–50 mil vil bli på nivå med sammenliknbare bensin- og dieselbiler.
Stor oppskalering planlagt
Planen er at de nye batteriløsningene og produksjonsmetodene skal tas i bruk i større skala i løpet av tre år. De nye batteriene er allerede til testing i kjøretøy, og produksjonen skal skaleres opp i månedene fremover. Tesla flagget også en dramatisk økning i sin egen produksjonskapasitet. Planen er å produsere batterier med lagringskapasitet på 100 GWh i 2022 og 30-doble dette til 3 TWh per år i 2030. I tillegg skal Tesla fortsatt kjøpe batterier fra eksterne. Hele verdikjeden for batterier må vokse svært raskt når verdens veitransport skal elektrifiseres samtidig som man vil trenge en tilsvarende mengde batterier på en rekke andre områder. Hvis alle nye kjøretøy i verden skal være elektriske, må batteriproduksjon skaleres opp til et nivå i størrelsesorden 10 TWh per år.
Selv om Tesla bare skulle nå halvveis til de annonserte målene, har selskapet likevel bidratt tungt til batterirevolusjonen og elektrifiseringen av transport. Tesla er ikke det eneste selskapet som driver fram innovasjon i denne sektoren, og nyhetene fra Tesla vil trolig øke satsingen på innovasjon hos konkurrentene.
Det kommer stadig meldinger om revolusjonerende batterigjennombrudd. Mange av disse når aldri markedet, og de som gjør det, vil ofte trenge flere år for å komme i full produksjon. Noen forskere overselger nok resultatene fra laboratoriet for å få finansiering til videre utvikling. Andre ganger er utfordringen å skalere opp produksjonen på en kostnadseffektiv måte. Tidligere har nok også manglende interesse fra investorer bidratt til at en del ideer har blitt liggende i den såkalte dødens dal. Dette er nå endret. I kampen om det beste og billigste batteriet vil man støvsuge markedet for ideer og drive fram nye løsninger så raskt som mulig. Kapitaltilgangen til grønne prosjekter er god.
En fersk nyhetsmelding forteller at et fransk firma, Nowa, ved hjelp av nanorør (nanotubes) utvikler elektroder som kan tidoble effektytelsen i batterier og kutte ladetiden fra 0–80 prosent til 5 minutter. Samtidig øker energitettheten (kWh/kg og liter) med en faktor på 2–3, og det dobbelte av dette hvis man lykkes med å integrere silisium. Selskapet hevder også at denne teknologien vil kunne femdoble antall ladesykluser som batteriene tåler. Nowa mener deres løsning vil bli konkurransedyktig på pris og sier deler av teknologien vil være tilgjengelig på markedet allerede i 2022 og fullt tilgjengelig fra 2023. Les mer om Nowas elektrodeløsning og dens betydning for batterier.
Det er langt fra sikkert at Nowa vil lykkes, men det finnes mange slike satsinger. Det øker muligheten for større gjennombrudd enn det Tesla nettopp annonserte.
Dramatiske forbedringer til nå
Ifølge Bloomberg NEF (BNEF) falt den gjennomsnittlige kostnaden for batteripakker til elbiler med 87 prosent fra 2010 til 2019. Tidlig i 2020 estimerte BNEF at gjennomsnittskostnaden i 2020 vil falle til $135/kWh. Hvis dette slår til, blir total kostnadsreduksjon fra 2010 til 2020 88,5prosent, eller med andre ord, nesten 90prosentkostnadsreduksjon på 10 år. (Se artikkel i CleanTechnica og presentasjon fra BNEF.)
Nesten 90prosentkostnadsreduksjon påtiår er imponerende, men forbedringene i batteriteknologi er langt større enn dette tallet indikerer. Siden 2010 er batterivekten per kWh mer enn halvert og ladehastigheten økt betydelig. Lavere vekt gir i seg selv mer kjørelengde, det samme gjør bedre evne til å regenerere energi ved bremsing og andre forbedringer som f.eks. bedre varmepumper for oppvarming av kupeen når det er kaldt.
Raskere lading gjør samtidig at behovet for stor batterikapasitet blir mindre: Kanskje blir en rekkevidde på 400–500 km den nye normalen for personbiler. Noen vil nok ønske lengre rekkevidde enn dette for å unngå stopp på lange turer, men de fleste vil nok uansett ønske et stopp, og de bør stoppe av hensyn til trafikksikkerheten. Med en reell ladeeffekt på 250 kW kan man lade nok strøm til 300 km ekstra kjøring på ca. 15 minutter. På den tiden rekker man knapt et toalettbesøk, å strekke litt på bena og bestille en hamburger. Med kun 125 kW ladehastighet, som flere nye elbiler klarer, må man lade i en halv time for å få 300 km ekstra. Da får man også tid til å spise hamburgeren.
Det forskes på batterier som takler enda raskere lading. Det er mulig at Teslas nye battericelle også vil bidra til dette, siden den i stor grad løser problemet med oppvarming ved rask lading. Enda raskere lading kan åpenbart bli nyttig i noen sammenhenger, men for de fleste formål vil nok de løsningene vi kan forvente de nærmeste årene, være gode nok.
Et annet område for forbedring er antallet ladesykluser et batteri tåler før det mister for mye kapasitet (ofte definert ved 80 prosent gjenværende kapasitet). For noen år siden var enkelte bekymret for at man kanskje måtte skifte ut batteriet lenge før elbilen var utslitt. Det kunne blitt dyrt. Nå ser det tvert om ut til at med normalt kjøremønster vil batteriet holde vesentlig lenger enn bilen.
Større batterier i nyere elbiler gjør at samme antall ladesykluser gir økt total kjørelengde. En eldre elbil kom kanskje med et batteri på kun 20 kWh. Hvis bilen bruker 0,2 kWh per km og batteriet tåler 1500 ladesykluser, takler bilen en samlet kjørelengde på 150.000 km. Bilen kan fortsatt brukes etter dette, men rekkevidden er mindre, noe som kan være en utfordring siden rekkevidden her var liten i utgangspunktet. Hvis batterikapasiteten dobles til 40 kWh, takler en tilsvarende bil en kjørelengde på 300.000 km. Er kapasiteten 60 kWh og batteriet tåler 2.500 ladesykluser, vil det takle 750.000 km. Og med 80 kWh og 4000 sykluser (som mange mener er mulig) vil man klare 1,6 millioner km.
Etter at bilen er skrotet, kan batteriet få et liv nummer to i nye anvendelser før det til slutt resirkuleres.
Personbiler trenger ikke et batteri som kan gå 1,6 millioner km. Innsatsen for å utvikle et slikt batteri gir likevel god mening: I kjøretøy som brukes veldig aktivt, f.eks. drosjer, busser, tungtransport på vei eller ferjer, vil økonomien over tid bli mye bedre når batteriet tåler veldig mange ladesykluser. Der det er mulig å lade ofte, kan man også klare seg med mindre batterikapasitet og hyppigere lading. Det kan for eksempel være aktuelt for rutebusser som kan lade om natten og etterfylle strøm i løpet av dagen. Slike løsninger kan gi lettere og billigere kjøretøy.
Hvis man lykkes med fullt autonom kjøring, kan flere velge å bruke "robotaxi" fremfor å ha egen bil. Elbiler kommer svært fordelaktig ut for slike formål. Det vil gi raskere elektrifisering av transportarbeidet.
Vippepunkt gir mye raskere omstilling
Kostnadsreduksjonen som BNEF har anslått fra 2010 til 2020, tilsvarer i snitt 19,5 prosent lavere kostnad per kWh fra år til år. I figuren nedenfor har jeg vist hvordan gjennomsnittlig kostnad per kWh vil utvikle seg dersom kostnadsreduksjonen fremover også blir 19,5 prosent. Mange analytikere har en tendens til å si at "det har gått fort til nå, men fremover vil det bli vanskeligere å få til forbedringer, så vi antar mindre reduksjoner per år fremover". Jeg har derfor også lagt inn en bane med kun 10 prosent kostnadsreduksjon per år. Endelig har jeg lagt inn Teslas planlagte kostnadsreduksjon og antatt at den realiseres over tre år. (Dersom målet i stedet nås på fire år, vil kostnadsreduksjonen bli omtrent som den røde kurven.)
Teslas kostnadsreduksjoner vil ikke uten videre komme andre batteriprodusenter til gode, men det er mulig at lisenser vil gjøre teknologien tilgjengelig for flere etter hvert.
I figuren har jeg også fremhevet et kostnadsnivå på $100/kWh. Som nevnt er dette et kostnadsnivå hvor elbiler med god rekkevidde blir like billige å produsere som en bensinbil med tilsvarende kvalitet og størrelse. Kostnadene til drift og vedlikehold er klart lavere for elbiler (også før avgifter), og for noen bruksområder er totalkostnaden ved elbil allerede lavere enn for bensin og diesel. Se for eksempel artikkelen New York City Says It Saved A Ton Of Money With Its Electric Vehicle Fleet.
Når elbiler blir billigere både i innkjøp og drift, får vi et mye sterkere press for et raskt teknologiskifte. Men alt endres likevel ikke med én gang. Det finnes flere barrierer som må overvinnes. Vaner og usikkerhet om ny teknologi kan en stund holde en del forbrukere tilbake fra å kjøpe elbil. Det kan også tenkes at batteri- og bilfabrikkene ikke klarer å øke produksjonen raskt nok til å dekke etterspørselen. I noen land kan det være en utfordring å bygge nok ladekapasitet. Men alt dette er løsbart, særlig når økonomi og politikk trekker i samme retning.
For personbiler kan det ta 15 år å få skiftet ut bilparken, men for en del kjøretøy som brukes veldig intenst, kan en betydelig utskifting skje på under ti år. Og for noen store transportmidler, som ferjer, vil ombygging være aktuelt. Lønnsomheten ved ombygginger stiger når batteriene blir bedre og billigere.
På steder med svakt strømnett kan man ha smarte IT-løsninger som lader kjøretøyene når det er ledig kapasitet i nettet, for eksempel om natten. Ladestasjoner kan ta i bruk spesialtilpassede stasjonære batterier slik at de kan levere ladetjenester selv om det lokale nettet er ustabilt eller svakt. I mange land kan man ta i bruk solenergi for å lade kjøretøy, privat eller på ladestasjoner. Når interessen for å skaffe seg elbil stiger, vil man finne løsningene.
I en del år nå har jeg hørt energi- og klimainteresserte fra andre land si: "Jo, elbiler kan nok være en løsning i rike Norge eller i verdens storbyer, men fattigere mennesker har ikke råd."
Alt dette kan bli snudd på hodet i dette tiåret: De fattige vil ikke ta seg råd til å kjøre fossilbil. Den blir både for dyr i innkjøp og for dyr i drift. På landsbygda i et utviklingsland kan det være langt til bensinstasjonen, og drivstoff må transporteres langt. Elbilen kan man derimot lade fra sitt lokale solcelleanlegg, og om kvelden kan den kanskje gi litt strøm tilbake til huset. Vi er ikke der ennå, men det kan meget vel skje. Fattige har ikke råd til Tesla og vanligvis har de ikke råd til ny bil i det hele tatt, men det kommer også svært billige elektriske kjøretøy, både på to, tre og fire hjul, og nye biler blir etter noen år bruktbiler.
På batteridagen nevnte Tesla planer om en modell til $25.000, og andre produsenter lager allerede mye billigere elbiler. (Det er 7,8 milliarder mennesker på jorden, og det finnes om lag 3,5 milliarder smarttelefoner i 2020. Hvem ville trodd det da Steve Jobs lanserte den første i januar 2007?)
Jeg tror det kan være noe i at vanlige forbrukerne legger for mye vekt på kjøpskostnadene og for lite vekt på drifts- og vedlikeholdskostnadene, særlig så lenge elbiler er nytt og ukjent. Men etter en tid slår nok "svogereffekten" inn: Man kjenner noen som skryter av alle fordelene og besparelsene, og gradvis tillegger man disse fordelene mer vekt i beslutningen.
Profesjonelle transportører regner på totalkostnader over tid ("total cost of ownership"). Det betyr at når regnestykkene skifter fortegn, kan etterspørselen etter elektriske løsninger raskt bli stor. Dette skiftet vil ikke skje samtidig i alle markedssegmenter, men svært mye kan skje før 2030.
Billigere og lettere batterier som også tåler relativt rask og hyppig lading, taler for at batterielektriske løsninger også kan bli dominerende for tungtransport som kjører lange avstander. Hydrogen har store fordeler mht. vekt, men det spørs om dette vil være nok til å oppveie andre ulemper på de fleste strekninger. For hurtigbåter og andre bruksområder med stort energibehov, utfordringer med batterivekt og langt mellom lademuligheter, vil hydrogen trolig være viktig.
Bedre og billigere batterier kombinert med elmotorens mange fortrinn vil i løpet av få år bli en vinneroppskrift i transportsektoren. Elektriske motorer er stillegående og mye mer energieffektive, fleksible og slitesterke enn eksplosjonsmotorer. Elmotorer forurenser ikke, er billigere, mindre og lettere, og de krever mye mindre vedlikehold. Det er kun kostnader og begrensninger ved batteriene som har holdt de elektriske løsningene tilbake. Som vi har sett er dette i rask endring. Batterirevolusjonen fører til en transportrevolusjon.
Tidligere var det en vanlig oppfatning at elektrifisering kun var aktuelt for personbiler. Nå ser vi at elektrifiseringen kan blilønnsomfor alle typer veitransport, ferjer og anleggsmaskiner.
Det noen tidligere mente var dyr klimapolitikk,blir i årene som kommer forretningsmessig lønnsomt, i hvert fall for veitransport. Gevinster i form av mindre støy, mindre lokal luftforurensning og fjerning av CO2-utslipp kommer i tillegg.
Bedre teknologi gir raskere omstilling
Når nye løsninger både blir klart billigere og samtidig bedre for brukerne, vil mye skje. Dette kan bli ytterligere forsterket av politikk: Når et lands myndigheter ser at man kan nå klima- og miljømål til en mye lavere kostnad, vil det være lettere å heve ambisjonene. Politikere tenker også nytte versus kostnad, og de lærer av politikere i andre land: Lover med sluttdato for salg av fossilbiler og forbud mot fossilbiler i noen byområder kan spre seg slik røykelover spredte seg for en del år siden.
Nyhetene fra Teslas batteridag er interessante i seg selv, men det er også interessant å se disse nyhetene i lys av de raske forbedringene i alle grønne teknologier – og behovet for enda raskere fremgang. Her er noen refleksjoner fra min side:
Hvorfor undervurderer vi så ofte mulighetene for teknologisk fremgang?
Mitt inntrykk er at de fleste analysebyråer har undervurdert tempoet i teknologiforbedringer for sol- og vindkraft, batterier og andre grønne løsninger. Også folk innenfor solbransjen har fortalt meg at de undervurderte kostnadsfallet. Det internasjonale energibyrået (IEA) har over en årrekke grovt undervurdert veksten i installert solenergi. IEA gjentok den samme feilen hvert år i 13–14 år. Få har gjort så store og åpenbare feil som IEA, men IEA er altså ikke alene om å undervurdere endringene.
BNEF har vært blant de mest optimistiske mht. batterier og elbiler, og har fulgt markedet ganske tett. Likevel har også de undervurdert tempoet. I 2016, da batterikostnaden var $300/kWh, spådde BNEF at kostnaden ville falle til $120 i 2030. Men i desember 2019 sa BNEF at man ventet at gjennomsnittprisen for batteripakker ville være nær $100/kWh i 2023. Samtidig antydet de en batteripris på $61 i 2030.Teslas batterikostnader avgjør ikke alene gjennomsnittet i bransjen, men hvis Teslas nye løsninger blir mer utbredt ved f.eks. lisensiering, kan man trolig nå et mål om $61/kWh lenge før 2030. Dessuten, noen av de mange andre radikale forbedringene det jobbes med, kan jo også lykkes.
Kanskje finnes psykologiske eller sosiologiske årsaker til at også eksperter er tilbøyelige til å undervurdere teknologifremgangen? Her er en hypotese:
Ingen har oversikt over alle mulige forbedringer som kan komme i hele verdikjeden. Selv innen eget spesialfelt kan mange være blinde for nye muligheter. Det er tilstrekkelig at ett fagmiljø ser en ny mulighet og får den implementert. Andre kan forbli pessimister til løsningen er dokumentert.
Kanskje er det også andre forklaringer. IEAs gjentatte feilvurderinger burde uansett være et interessant forskningstema for de som studerer organisasjonspsykologi og innovasjon.
Når flere effekter drar i samme retning, kan store endringer komme raskt
Ulike teknologiske endringer kan virke sammen og gjøre nye løsninger attraktive. Billigere solkraft og billigere batterier kan sammen fremme rask elektrifisering, noe som er veldig relevant i utviklingsland. Svake lokale nett kan bli oppfattet som en barriere mot elektrifisering av transport, men stadig billigere solcellepaneler, mye billigere stasjonære batterier, smart styring av forbruk og fordelene ved elektrisk transport kan sammen overvinne slike utfordringer.
Et annet viktig samspill er mellom teknologi og politikk: Klimapolitikken kan bli skjerpet fordi flere skjønner alvoret, og i tillegg kan den bli skjerpet fordi man ser at tiltakene koster mindre. Skjerpet klimapolitikk vil igjen stimulere teknologiutviklingen. Rendyrket forskningsinnsats er viktig, men ofte trengs det en større utbygging av nye løsninger for virkelig å få fart på innovasjonsprosessene. Her er politikken viktig. Nå er vi ved et vippepunkt, og bilprodusenter kjemper om å utvikle de beste elektriske løsningene for å overleve i den fremtidige konkurransen. Det samme kan skje på andre områder.
For oljeproduserende land reiser dette et viktig spørsmål: Hvor raskt kan oljeetterspørselen komme til å falle når nesten alle markedssegmenter er under angrep? Hvor langt ned kan oljeprisen bli presset og hvor fort kan det skje?
Det kommer mange batterityper, og energilagring handler om mye mer enn batterier
I offentligheten er batterier i stor grad assosiert med elbiler og forbrukerelektronikk. Batterier kan lages med ulike kjemier, og på Teslas batteridag ble det varslet av man fremover vil satse på tre ulike batterityper fordi de har fordeler på ulike områder. Andre produsenter lager allerede batterier for spesielle formål, f.eks. lages det batterier som ikke kan ta fyr. Du kan se en rekke interessante muligheter for batteriutvikling i denne videoen.
Ved fast montering på bakken og i bygg vil vekten av batteriene vanligvis bety lite, og noen ganger vil heller ikke volumet være så viktig. I en del bygg kan imidlertid sikkerhetskrav sette noen begrensninger. Generelt betyr færre begrensninger for design at det kan være lettere å utvikle batterier basert på billige materialer.
Det finnes også en rekke andre muligheter for energilagring, som for eksempel varmelagring uten varmetap, lagring av energi ved utnyttelse av høyt trykk på havbunnen eller komprimering av luft til den blir flytende. (Informativ video om den siste løsningen). Et annet eksempel er datastyrt løfting og senkning av betongblokker, en løsning utviklerne hevder skal bli mye billigere enn dagens batteriløsninger. Se bildet og finn mer informasjon om denne løsningen.
Umodne løsninger kan oppleve et stort kostnadsfall og bli konkurransedyktige i mange anvendelser når forskning, innovasjon i hele verdikjeden og storskala produksjon får gjort sitt.
Vi trenger mer teknologioptimisme, men den må være av rett type
En naiv teknologioptimisme lener seg tilbake og regner med at nye teknologiske løsninger skal redde oss. Dette er en farlig tanke fordi den lett leder til for liten innsats, både for utslippskutt og teknologiutvikling. Men det er ikke mye bedre å overse de mulighetene som kan utvikles ved målrettet satsing.
Forskning er viktig, og det samme er en tidlig utbygging av nye løsninger før de er helt modne. Utbygging og utbredelse bidrar til en mengde små og store innovasjoner i hele verdikjeden, og utløser dessuten stordriftsfordeler. I vår tid kan stordriftsfordeler bety mer enn før fordi stor omsetning gir grunnlag for høy grad av automasjon (robotisering) i produksjonen.
Forskning uten et tett forhold til implementering blir litt som brevkurs i svømming. Skal nye løsninger bli vinnere, må hele verdikjeden bli mer effektiv. Da trenger man innovasjon og industrialisering i hele verdikjeden. Det beste er når man kan komme forbi vippepunkter hvor nye løsninger blir økonomisk lønnsomme, slik vi nå i økende grad ser med sol- og vindkraft og snart vil oppleve med elektrisk veitransport. Norge har gitt et viktig bidrag ved tidlig innsats for elektrifisering av transport. Danskene gjorde en viktig tidlig innsats for vindkraft og Tyskland var sentral som fødselshjelper for solcelleindustrien.
Livsløpsanalyser må brukes med forstand
Noen har vært veldig opptatt av å finregne på elbilenes utslipp av CO2 over livsløpet og sammenlikne dette med tilsvarende tall for fossilbiler. To faktorer har vært sentrale i diskusjonen: Hvor mye utslipp kommer fra produksjon av batteriet og hvordan produseres strømmen som elbilen bruker? De fleste analyser har vist at elbiler allerede gir utslippskutt over livsløpet, men hva om det ikke hadde vært slik? Skulle man da stanset utviklingen av elbiler?
Utfordringen ved omstillingen av energisystemet er at det både tar lang tid å utvikle ny teknologi og det tar lang tid å skifte ut kapitalutstyr, i dette tilfellet bilparken. Da må man begynne omstillingen lenge før all elektrisitet er utslippsfri og før produksjonen av elbilene er perfekt organisert og alle innovasjoner er gjort.
Nå sier Tesla at de skal kutte energibehovet for batteriproduksjonen med 90 prosent. Det vil endre livsløpsanalysene betydelig. Men kunne man kommet til denne innovasjonen uten først å starte med mindre modne løsninger? Livsløpsanalyser kan gi innsikt, men de må brukes med fornuft. De er basert på verdikjedene slik de er akkurat nå.
Når hele energisystemet skal bygges om, får slike analyser vesentlige begrensninger: I fremtiden kan batteriproduksjon både bli vesentlig mer energieffektiv og den kan baseres på helt utslippsfri energi. Strømmen til lading blir også utslippsfri.
Noen kan innvende at de fremtidige livsløpsanalysene vil reflektere at utslipp gjennom livsløpet er endret. Det er riktig, men det har liten relevans for det jeg diskuterer her: Man kommer ikke utenom at forbedrede prosesser og løsninger svært ofte kommer fordi noen startet mens løsningene fortsatt hadde vesentlige svakheter. De første solcellene og vindturbinene var dyre og ikke veldig effektive, men de la et viktig grunnlag for senere suksess. Nå endrer sol- og vindkraft verdens energisystemer og er blant våre viktigste verktøy for å møte klimakrisen.
Man burde selvsagt startet utviklingen av elbiler selv om livsløpsanalyser hadde vist at elbiler på kort sikt ga høyere utslipp:
Nå ser vi at alt dette skjer.
Utviklingen av elektrisk transport er nødvendig for å nå nullutslipp, og vil heldigvis bli en enorm suksess, både økonomisk, miljømessig og som brukeropplevelse. Alternativene ville aldri tatt oss til målet: Mer effektive fossilbiler hjelper bare litt, og det finnes ikke nok bærekraftig bioenergi.
Argumentene over har generell relevans: Vi må ta hensyn til at læring og teknologiutvikling er en viktig del av det grønne skiftet og at både læreprosessene og ombyggingen av energisystemet tar tid. Skal verden klare nullutslipp til 2050, må mange prosesser skje parallelt, og vi må også godta at noen ting vil bli gjort litt klønete før man kommer frem til de beste løsningene.
