Akkukennojen valmistus lisääntyy nopeasti. McKinseyn Battery 2030 -raportin mukaan litiumioniakkujen kysynnän odotetaan kasvavan 4700 GWh:n vuoteen 2030 mennessä, kun vuonna 2022 se oli 700 GWh. Tämä tarkoittaisi 27 prosentin kasvua vuodessa.

On selvää, että Yhdysvaltojen ilmastolaki on muuttanut alaa. Lain mukaan yhdysvaltalaiset akkujen valmistajat ovat oikeutettuja niin kutsuttuun edistyksellisen valmistuksen tuotantohelpotukseen, jonka arvo on 35 dollaria/kWh vuosikapasiteetista. Kunnianhimoiset tavoitteet ovatkin saaneet suuret autoteollisuuden yritykset sijoittamaan gigaluokan tehdashankkeisiin. Tällaisilla toimilla voi olla vastaavia vaikutuksia jatkossa myös muille aloille.

Kansainvälinen kilpailu kiristyy

Kiina on edelleen maailman johtava sähköautojen akkujen valmistaja, mutta poliittinen halu vähentää riskejä uusien teknologioiden toimitusketjuissa tarkoittaa, että Eurooppa ja Yhdysvallat ovat kuromassa eroa umpeen. Kansainvälinen energiajärjestö (IEA) ennustaa, että Kiinan osuus sähköautojen akkujen kysynnästä laskee vuoden 2022 yli 55 prosentista noin 35 prosenttiin vuonna 2030.

On siis selvää, että ala kasvaa hurjaa vauhtia. Samassa McKinseyn raportissa todettiin, että vuoteen 2030 mennessä on rakennettava vähintään 120–150 uutta akkutehdasta, jotta maailmanlaajuiseen kysyntään pystytään vastaamaan.

Tarvittava valmistuskapasiteetti on kyettävä rakentamaan nopeasti ja ketterästi, jotta kasvavaan kysyntään voidaan vastata. Tämä tuo mukanaan haasteita. Akkujen valmistajilla on kovat kustannuspaineet ja heidän on vastattava jatkuvasti lisääntyviin vaatimuksiin paremmasta laadusta, jäljitettävyydestä ja nopeammasta markkinoille tuloajasta. Lisäksi haasteita aiheuttaa kriittisten mineraalien toimitusketju sekä uudet sovelluskohteet, kuten energian varastointi ja autoteollisuus, joissa tarvitaan uusia hienostuneempia akkumalleja. Sähköautojen kypsyvät markkinat ja kuluttajien asenteet lisäävät myös vaatimuksia vastuullisuutta ja laatua kohtaan.

Perinteisen toimintamallin haasteet

Perinteisellä tavalla gigatehdasta rakennettaessa suunnitelma kypsyy vähitellen projektin edetessä. Uuden tehtaan rakentamisessa on kuitenkin usein mukana suuri joukko alihankkijoita, joista jokaisella on omat suunnitteluratkaisunsa ja kolmannen osapuolen järjestelmäintegraattorit. Seurauksena voi olla jokseenkin epäyhtenäisten sähköistys-, laitteisto- ja ohjauspakettien yhdistelmä.

Projektin yhden osan muutoksella voi olla dominovaikutus koko toimitusketjuun. Tämä aiheuttaa helposti kalliita viivästyksiä pitkien toimitusaikojen, ylimääräisen suunnittelun, uudelleensuunnittelun ja lykkäysten takia. Akkuteollisuuden kaltaisella eksponentiaalisesti kasvavalla alalla nopea markkinoille tuloaika on ensisijaisen tärkeää.

Kun tehtaan toimintaa lopulta käynnistetään, virtuaalisen käyttöönoton puuttuminen hidastaa ylösajoa. Käyttöliittymien testaamiseen, säätöjen tekemiseen ja jokaisen yksittäisen koneen vianmääritykseen on käytettävä aikaa ennen kuin voidaan siirtyä koko tuotantolinjan käyttöönottoon.

Miksi digitaalinen integraatio on tärkeää?

Hyödyntämällä ABB:n kaltaisen teknologiakumppanin palveluita alusta alkaen, valmistajat voivat priorisoida integraation ja yhteentoimivuuden etukäteen. Tämä auttaa projektin standardoinnissa ja tekee myös digitaalisesta integraatiosta saumatonta ja läpinäkyvää. Näin voidaan säästää aikaa ja rahaa sekä samalla tehostaa toimintaa ja toimintavarmuutta.

ABB:n Plant Optimization Methodology integroi sähköistyksen, automaation, instrumentoinnin ja digitalisaation. Tämä yhdistettynä todistetusti toimivaan projektintoteutusmalliin auttaa rakentamaan ensiluokkaisen täysin verkottuneen, joustavan ja itseoptimoituvan akkutehtaan.

Toiminnan tehokkuuden lisäksi valmistajien huolena on myös vastuullisuus. Vaatimuksia kohdistuu muun muassa kriittisten mineraalien jäljitettävyyteen, tehtaan hiilijalanjälkeen ja itse tuotantoprosessissa syntyvään jätteeseen. Näistä vaatimuksista voi muodostua haasteita.

Kun tehtaan toiminnoista saadaan yhtenäinen digitaalinen näkymä, valmistajat voivat ennakoida laadun vaihtelut ja ryhtyä toimiin tilanteen korjaamiseksi. Näin voidaan minimoida vaatimukset täyttämättömän materiaalin määrä sekä vähentää jätteen määrää huomattavasti.

Jäljitettävyysvaatimusten täyttäminen

Akkujen käytön ja käyttökohteiden lisääntyessä on odotettavissa, että vaatimukset yksittäisen akkukennon alkuperätiedot sisältävistä akkupasseista nousevat ajankohtaiseksi. Jotkin akun osat on helppo jäljittää kaivokseen ja tehtaaseen, mutta erilaisia vaiheita sisältävässä kemiallisessa prosessissa asia menee monimutkaisemmaksi.

ABB pystyy jäljittämään nämä tiedot digitaalisesti tarkastelemalla materiaalivirtoja ja selvittämällä niitä taaksepäin. Näin saadaan käsitys eri erien alkuperästä. Parantamalla jäljitettävyyttä asiakkaat voivat asettaa laatuparametrejä ja kehittää niitä vähitellen. He voivat arvioida syy- ja seuraussuhteita sekä nähdä, missä kohdassa prosessia on häiriöitä ja miten ne vaikuttavat.

Northvolt, yksi Euroopan johtavista akkujen valmistajista, on jo ottanut menetelmän käyttöönsä ja saanut optimoitua toimintaansa Northvolt Ett -gigatehtaassaan Ruotsin Skellefteåssa. Tehtaan kokonaiskapasiteetti on noin 60 GWh ja sen tuotanto riittää akkujen toimittamiseen noin miljoonalle sähköautolle vuodessa. ABB on ollut yhtiön luotettava kumppani koko prosessin ajan.

Ala jatkaa kasvuaan ja uudet sektorit, kuten energian varastointi tai ilmailu- ja avaruusala, tuovat mukanaan omat menetelmänsä tuotannon optimointiin. Suunnitelmia tehdessä on syytä pitää mielessä koko tehdastason optimoinnin haasteet. Mahdolliset ongelmat tai laiminlyönnit kertaantuvat, joten huolellinen valmistautuminen kannattaa.