Powertrain of heavy electric vehicles: : Analysis of the production chain and impact on environment and industry

Abstract: Elektrifiering av bilar och mindre transportfordon pågår och flottaaktier ökar men diskussionen om elektrifiering av långdistanstransport är relativt ny. Elektriska lastbilar som använder fossila bränslen och som produceras med förnybara energikällor är lovande, särskilt i länder med en ren elmix. I Sverige befinner sig två av de största trucktillverkarna som spelar en viktig roll i landets socioekonomi med mer än 100 000 jobb inom bilindustrin och bidrar cirka 14% av landets exportintäkter. Skiftet till elektriska fordon kan kraftigt påverka nationalekonomin. En ny drivlina design med elektrisk motor och batterier som ersätter traditionella motorer, växellådor och differentialer lovar betydande förändringar av tillverkningen och produktionskedjorna av tunga fordon. Nya processer och nya material kräver nya kompetenser. En litteraturstudie av produktionsteknik och konventionell tillverkning utfördes för att undersöka nuvarande skillnader. Processer inom elektrisk drivlinetillverkning skiljer sig betydligt från konventionella produktionsprocesser och en överföring av nuvarande produktionsteknologier är endast i liten skala möjlig. Nya produktionslinjer kräver ytterligare investeringar som utvärderades utifrån en marknadsundersökning för specifika scenariefall. Litiumjon (Li-ion) batterier kräver investeringar av cirka 225 miljoner euro, härefter hänvisad till som maskininvesteringar. Utrustning för produktion av en induktionsmotor (IM) i massskala, ökar inköpskostnad för maskiner med ytterligare 15 miljoner euro. Nya drivline konstruktioner hotar därmed den nuvarande försörjningskedjan hos originalutrustningstillverkare (OEM) som har viktiga och värdeskapande kompetenser i produktionen av komplexa växellådor och motorer.  Produktionen av battericeller, batteripack och storskalig elmotorer är inte lika etablerade i Europa som i Asien. Detta möjliggör en relativt enkel tillgång för bilindustrin i Europa för nya spelare. Tidig positionering och leveranskedjans anpassningar är därför avgörande för OEM:er att behålla dess marknadsandel. Förutom påverkan på den svenska fordonsindustrin, visar det betydlig påverkning av miljön och samhället av tillverkningen av elmotorer för tunga fordon. Dessa konsekvenser har analyserats genom att utföra en livscykelanalys (LCA) och ytterligare litteraturforskning för att utvärdera råmaterialproduktionen och kopplade effekter på lokalsamhället. Speciellt så behöver batteriproduktionen råmaterial som kobolt och grafit vilket bidrar till politisk instabilitet i producerande länder samt dåliga arbetsförhållanden, vilket resulterar i konfliktpotential. Båda materialen klassificeras därför som kritiska och potentiella mineraler av EU. Användningen av dessa råvaror i länder där de utvinns och bearbetas bidrar financiering till lokala konflikter. LCA påpekade en negativ inverkan på miljön som orsakades av produktionen av batteripaket och elmotorer. Miljöpåverkan orsakas primärt av utvinning av råmaterial och bearbetning av ingående material som behövs för tillverkning av drivlinor. Speciellt gruvdrift visar en stor negativ inverkan orsakad av fossila energikällor i tillverkarländerna. Att byta produktion till länder med en ren energimix, som Sverige, kan därför bidra till att minska de negativa effekterna på miljön. Eftersom råvaror distribueras globalt och endast få länder har tillgång till dessa resurser, kan utbudet av ren energi i dessa länder förbättra miljöbalansen. Effekten av batteriproduktionen visar sig vara den största negativa faktorn som påverkar hållbarheten. Därför är andra elektriska fordonskoncept som inte behöver batterier för strömförsörjningen värda att undersöka. Att tillhandahålla konstant elkraft genom överliggande elektriska linjer eller bränsleceller är alternativ som bör vara i fokus för framtidlig forskning.