SPEEDING-UP EUROPEAN ELECTRO-MOBILITY How to electrify half of new car sales by 2030 September 2017 Report for Transport & Environment, By Christian Berggren and Per Kågeson Nature Associates

Skäl för elektrifiering ”Dieselgate” har lett till krav på förbud mot dieselbilar i en rad storstäder Norge, Österrike, Frankrike, Storbritannien och Nederländerna vill på sikt helt förbjuda förbränningsmotorer (ICE) i nya personbilar Elektriska fordon (EV) i form av BEV, PHEV och FCEV framstår som ett sätt att bli av med avgaserna och minska CO2-utsläppen från den lätta vägtrafiken Nature Associates

Snabb ökning från låg nivå 2 miljoner EV globalt vid utgången av 2016 Under 2016 såldes 774 000 nya EV varav 351 000 i Kina Sjunkande batteripriser och ett ökat modellutbud kommer att ge snabbare tillväxt under de närmaste åren Flera tillverkare har högt satta mål för 2025 Nature Associates

Syftet med studien Om EU ska nå sitt klimatmål för 2050 behöver minst 80 % av personbils-flottan vara helt eller delvis elektrifierad – för att detta ska bli möjligt bör EV utgöra ca 50 % av försäljningen 2030 Syftet med rapporten är att analysera förutsättningarna för en så snabb utveckling – särskilt med avseende på ledtider och behov av styrmedel på EU-nivå Nature Associates

Betydande framsteg Kostnaden för batterier har på tio år sjunkit från ca 1 000 $/kWh till 200-300 $ Energitätheten hos batterierna har femfaldigats Räckvidden hos BEV har ökat från 100-150 km till det dubbla (och ibland mer) Den verkliga räckvidden i e-mode hos PHEV ligger nu kring 50 km för de bästa Nature Associates

Litiumjonbatterier Den globala produktionen ökade från 2 till 60 GWh mellan 2000 och 2015 88 % av produktionskapaciteten finns i Kina, Korea och Japan För att klara 50 % elbilar i 2030 års försäljning inom EU krävs 7 fabriker av samma storlek som Teslas megafabrik (30 GWh/y) i Arizona Ledtiden för utbyggnad kan skattas till ca 5-7 år per fabrik Nature Associates

Litium Batteriernas innehåller bl.a. koppar, nickel, mangan, litium och kobolt Beträffande koppar, nickel, mangan är batteriindustrins andel av den globala produktionen liten för litium är den stor Det finns dock goda förutsättningar att öka produktionen av litium, men priset kan vid snabb efterfrågeökning påverkas av tillfällig knapphet Nature Associates

Kobolt Batterier svarar för ca 40 % av nuvarande användning av kobolt varav en mindre del används i fordon Kobolt utvinns som biprodukt vid brytning av koppar och nickel och ca 50 % av brytvärda resurser finns i Kongo Utvinningen av kobolt kan behövas trefaldigas till år 2030 för att klara total efterfrågan På sikt finns möjligheter att minska koboltandelen i litiumjonbatterierna Nature Associates

Miljöeffekter och återvinning Miljöpåverkan och arbetsmiljö vid utvinning av råmaterial behöver beaktas – inte minst i Kongo Koldioxidutsläppen vid framställning av material och batterier påverkas i hög grad av var i världen bearbetning och tillverkning sker – lägst i Europa Finns inga system för återvinning av litium på grund av dålig lönsamhet Nature Associates

Total Cost of Ownership (TCO) Många bedömer att TCO för BEV hamnar i paritet med ICEV i mitten av 2020-talet För detta krävs fortsatt kostnadsreduktion för batterierna och storskalig tillverkning av BEV på egna plattformar Men TCO-parity påverkas också av relativpriserna på olja och el Andra viktiga faktorer är beskattning av el och drivmedel samt förekomst av subventioner Nature Associates

Total energy costs for using a BEV and an ICEV during the first 4 years of ownership   Germany UK Poland Greece Fuel price (€/liter) 1.359 1.376 1.062 1.569 Electricity price (€/kWh) 0.297 0.195 0.133 0.176 ICEF fuel cost over 4 years (€) 7,067 7,155 5,522 8,159 BEV electricity cost over 4 years (€) 4,752 3,120 2,128 2,816 Difference in cost over 4 years (€) 2,315 4,035 3,394 5,343 Nature Associates

Bränslecellsbilar Nollutsläpp under drift och lång räckvidd Men förväntas inte nå TCO-parity med ICEV förrän ca 10 år efter BEV 2,5-3 ggr högre elåtgång jämfört med BEV (räknat från nät till hjul) när H2 framställs genom elektrolys Mycket höga infrastrukturkostnader Nature Associates

Elbehov 2030 Antaganden för EU28 år 2030: 534 milj. inv., 550 bilar/1000 inv., 14% av flottan BEV/PHEV (50/50), 0,21 kWh/km, körsträcka 17 000 km/år, PHEV 60% i e-mode. Totalt 40 milj. EV och 118 TWh = ca 4 % av total efterfrågan på el inom EU28 Andelen skiftar stort inom EU till följd av skillnader i total elförbrukning/capita (4 000 – 15 000 kWh) Nature Associates

Känslighetsanalys Om EV-flottan består av 100 % BEV skulle fordonens elförbrukning öka med ca 25 % (till ca 5 % av total efterfrågan) Om FCEV mot förmodan skulle dominera flottan kan det leda till en fördubblad efterfrågan för fordonsbruk El för användning i lätta och tunga lastbilar samt bussar är inte med i kalkylen Nature Associates

Elförsörjningen 2030 Att öka elproduktionen med 4 % på 13 år är normalt sett inget problem Men förändringen kommer i en tid då en stor del av kärnkraften avvecklas och kolkraftverken i betydande grad antingen måste stängas eller förses med CCS Totalt kan det handla om en förnyelse av 40 % av elproduktionen Nature Associates

Laddning och lokala nät ca 95 % består av långsamladdning, mestadels vid bostaden Troligen fallande efterfrågan på snabbladdning vid stigande räckvidd Länder med hög andel elvärme har ofta starka lokala nät Förstärkning av lokala nät kommer att behövas på många håll och mest i länder med svagt utvecklad elinfrastruktur Flerbostadshusområden är en utmaning Nature Associates

När kommer laddningen ske? Nu sker merparten av laddning under sen eftermiddag samt kvällar och nätter Med dagens produktionssystem finns vanligen effektöverskott nattetid Med mycket solel kan effektöverskott uppkomma under dagtid i främst södra Europa Laststyrning och satsningar på smarta nät blir viktigt särskilt i områden där fordon står för en betydande del av elefterfrågan Nature Associates

Nuvarande styrmedel Inom EU finns bidrag till elbilar i många länder, ofta € 4 000 – 6 000 per BEV Norge har de i särklass mest omfattande subventionerna Budgetrestriktioner gör att bidragen är små eller obefintliga i en del länder Tillverkarna får ”super credits” för nya bilar med utsläpp < 50 g CO2/km – avräknas mot kravet på i genomsnitt max 95 g/km år 2021 Systemet gynnar PHEV med höga utsläpp vid ICE-drift Nature Associates

Zero Emission Vehicle mandate Obligatoriska ZEV-kvoter finns i Kalifornien m.fl. delstater i USA och i Kina Skulle kunna införas i EU från 2025 med en över tid stigande kvot Varje PHEV med >50 km räckvidd på el föreslås räknas som 0,5 EV Om målet är 50 % EV bland nya bilar 2030 med trolig fördelning 50/50 mellan BEV och PHEV, behöver EV-kvoten sättas till 37,5 Nature Associates

Skapa nödvändig flexibilitet Handel med ZEV-krediter mellan tillverkande företag måste tillåtas En straffavgift för icke-uppfyllande av kvoten kan användas som sista utväg och som tak för kostnaden Nature Associates

Betydelsen av PHEV Med ett batteri på 10 kWh bör en genomsnittlig PHEV klara 50 km under realistiska körförhållanden Ett sådant batteri klarar ca 70 % av årlig körsträcka och ger möjlighet till eldrift under nästan all tätortskörning Jämfört med en BEV med 80 kWh batteri blir klimateffekten per kWh batterikapacitet 4-6 ggr större för PHEV (beroende på antagande om andel i e-mode) Hög andel PHEV kan bli räddningen om knapphet på batterimaterial uppkommer Nature Associates

Kompletterande styrmedel Vid gemensam EU-kvot behövs inga nationella incitament – de påverkar bara den geografiska fördelningen Stöd kan behövas till laddinfrastruktur och elektrifiering av tunga fordon Miljözonsbestämmelser kan komplettera Viktigt med bränsleeffektivitetskrav på ICE (inkl. PHEV) EU-krav på byggnader, garage och p-platser (direktiv på gång) Viktigt med samma regler för FCEV och BEV (inkl. elbeskattning) Nature Associates

Kostnadseffektivitet Många studier, bl.a. utförda för EU-kommissionen, visar på samhällsekonomisk lönsamhet för elektrifiering om hänsyn tas till reducerade utsläpp av hälsovådliga ämnen och buller Negativa bieffekter av mineralutvinning för batteriframställning har inte beaktats i kalkylerna Nature Associates

Behövs ett kvotsystem? Vore det inte tillräckligt att internalisera alla kostnader i priserna på drivmedel och el och komplettera med tillfälliga incitament för påskyndad marknadsintroduktion? Kvotsystemet undanröjer osäkerhet om effekter av ändrade relativpriser och skatter i hela EU och underlättar investeringsbeslut – kan tänkas förkorta övergången till allmän eldrift med ca 10 år Det medför att de ackumulerade utsläppen från vägtrafiken blir signifikant mindre Nature Associates