Vihreä nikkeli vauhdittaa puhtaan energian tulevaisuutta

Maailma on tällä hetkellä siirtymässä kohti vihreää energiaa, ja akut näyttelevät keskeistä roolia tässä prosessissa. Ladattavat akut ovat monien nykyteknologioiden keskeisiä komponentteja ja antavat virtaa niin älypuhelimille ja kannettaville tietokoneille kuin sähköajoneuvoille ja energiavarastoillekin.

Akkujen tyypeistä litiumioniakut ovat suosituimpia ja laajimmin käytettyjä. Näiden akkujen keskeinen ainesosa on nikkeli (Ni), viidenneksi yleisin alkuaine planeetallamme.

Sitä esiintyy laajasti sekä maankuoren että ytimen osissa, ja se on myös yleinen alkuaine meteoriiteissa, yhdessä raudan kanssa. Luonnollisesti maaperässä ja vedessä esiintyvä nikkeli on kasveille välttämätön ravinne.

Nikkelillä on monia erinomaisia fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia, jotka tekevät siitä välttämättömän sadoissa tuhansissa tuotteissa. Näihin kuuluvat korkea sulamispiste 1453 °C, korroosion- ja hapettumiskestävyys, suuri muovattavuus, kierrätettävyys sekä magneettiset ominaisuudet huoneenlämmössä. 

Se sekoittuu helposti, erityisesti kromin ja muiden metallien kanssa, tuottaen ruostumatonta ja lämpöä kestävää terästä. 

Käytettynä vuosittain 1,97 miljoonassa tonnissa ruostumatonta terästä ja 210 kilotonnissa ei‑rautapohjaisia seoksia, nikkeli on noussut erittäin strategiseksi ja korvaamattomaksi alkuaineeksi. Nämä sovellukset parantavat tuotteen pitkäikäisyyttä ja moottorin tehokkuutta, mikä puolestaan edistää kestävyyttä.

Kun ruostumattoman teräksen osuus nikkelin käytöstä on suurin (65 %), akut ovat toiseksi suurin käyttökohde 16 %.

Nikkeliä käytetään akuissa tarjoamaan korkeampaa energian tiheyttä ja suurempaa varastokapasiteettia alhaisemmalla kustannuksella. Sähköajoneuvojen valmistuksen ja käyttöönoton kasvaessa sekä energian varastointijärjestelmien tärkeyden korostuessa energian kysynnän ja tarjonnan tasapainottamisessa, nikkelin kysyntä on nousussa.

Määrällisesti noin 70 % nykyisestä maailmanlaajuisesta nikkelintuotannosta eli noin 3 miljoonasta tonnista käytetään ruostumattomaan teräkseen. Vuoteen 2040 mennessä pelkkä akkutuotanto voi tarvita vielä noin 3 miljoonaa tonnia nikkeliä vuodessa. Lisäkysyntää vauhdittaa liikenteen sähköistyminen ja nikkelipitoisten akkuelektrodien käyttö sähköajoneuvoissa.

Tämän seurauksena nikkelin globaali kysyntä kaksinkertaistuu 6 miljoonaan tonniin vuodessa.

Nikkeliesiintymät runsaasti, mutta monimutkaisia laadultaan

Suhteellisen runsaan metallin ollessa nikkeli löytyy kaikkialta ympäristöstämme, mutta yleensä vain hivenmäärinä. Se on läsnä maaperässä, ja korkeampia nikkelimääriä esiintyy useissa mineraaliesiintymissä, kuten oksideissa, sulfideissa ja silikaateissa.

Maailmanlaajuisesti nikkelivarannot arvioidaan olevan noin 350 miljoonaa tonnia, ja merkittävät nikkeliesiintymät löytyvät Australiasta, Indonesiasta, Etelä-Afrikasta, Venäjältä ja Kanadasta. Nämä viisi maata hallitsevat yhdessä yli 50 % maailman nikkelivarannoista. 

Vaikka lähes 80 % nikkelistä on louhittu viimeisten kolmenkymmenen vuoden aikana, alkuaineen varannot ovat edelleen kasvaneet. Tämä johtuu lisääntyneestä kaivosyhtiöiden etsinnästä, paremmasta tiedosta uusista esiintymistä syrjäisillä alueilla sekä kehittyneemmistä teknologioista, jotka mahdollistavat enemmän nikkelin käsittelyä, erityisesti matalapitoisista nikkelimalmeista.

Nikkelin tuotannossa 60 % riippuu korkealaatuisista sulfidi-esiintymistä, joissa nikkelin pitoisuus on 1,5–4 wt %. Loput tulevat matalan laadun esiintymävariantteista, kuten lateriiteista, joiden keskimääräinen nikkelipitoisuus on 1,5 wt %. Nämä jakautuvat edelleen kahteen varianttiin: saproliitti ja limoniitti.

Mielenkiintoista on, että maapallon nikkelivarannot jakautuvat käänteisesti, mikä tarkoittaa, että 60 % kokonaisuudessaan luonnossa olevasta nikkelistä löytyy lateriiteista. Vain 40 % nikkelistä on sulfidi-esiintymissä, joissa se esiintyy pääasiassa erillisinä binäärisinä ja ternäärisinä nikkelirikkaina mineraaleina, kuten NiS, Ni2FeS4 ja (Co,Ni)3S4.

Sulfidimineraaleja suositaan niiden yksinkertaisen kemiallisen koostumuksen vuoksi. Sen ansiosta sivukivi eli arvoton mineraaliaines voidaan erottaa tehokkaasti nikkelipitoisista yhdisteistä perinteisillä menetelmillä, kuten vaahdotuksella.

Tietenkin ongelmana on, että nikkelisulfidivarannot ovat rajalliset ja vähenevät, eivätkä pysty täyttämään nopeasti kasvavaa globaalia nikkelitarvetta. Tämä luo tarpeen tuottaa nikkeliä kestävästi runsaina esiintyvistä matalapitoisista lateriiteista. 

Näissä esiintymissä nikkeliä ei löydy erillisinä mineraaleina; se on sen sijaan liuennut monimutkaisiin magnesium-silikaatteihin tai rautaoksideihin. Tämä sisältää magnesium (Mg)-silikaatit (nimittäin saproliitit) kuten (Mg,Fe,Ni)3Si2O5(OH)4 ja (Mg,Fe,Ni)3Si4O10(OH)2·4H2O. Se korvaa myös osittain rautaa (Fe) limoniitissa, kuten goethite (Fe,Ni)OOH.

Matala- ja keskipitoisten nikkelimalmien kemiallinen ja mineraloginen monimutkaisuus vaikeuttaa nikkelin tehokasta ja kestävää talteenottoa myöhempiä vihreän teknologian sovelluksia varten.

Tämän perustavanlaatuisen ongelman ratkaisemiseksi Max Planck Institute for Sustainable Materials (MPI-SusMat) -tutkijat ovat kehittäneet uuden, suoria hiilipäästöjä ja energiankulutusta vähentävän tekniikan nikkelin talteenottoon ruostumattomaan teräkseen, akkujen ja magneettien valmistukseen.

Perinteisen nikkelintuotannon ympäristökustannukset

Vaikka nikkeli on keskeisessä roolissa akkujen valmistuksessa, sen tuotanto ei ole kovin ympäristöystävällistä, kuten useimmassa metallin louhinnassa ja jalostuksessa. 

Nikkelin osalta sen negatiiviset ympäristövaikutukset sisältävät ilman saastumisen, vesisaasteen, maaperän eroosion, maankäytön heikkenemisen, metsäkadon, myrkyllisen jätteen, biologisen monimuotoisuuden vähenemisen ja muuta. Nikkelintuotanto on myös energiaintensiivinen prosessi, joka lisää kasvihuonekaasupäästöjä (GHG). 

Perinteinen nikkelintuotanto vapauttaa noin 20 tonnia CO2:ta tonnia nikkeliä kohden. Vuonna 2019 nikkelikaivostoiminta vastasi noin 120 miljoonaa tonnia hiilidioksidiekvivalenttia (CO2e) maailmanlaajuisesti.

MPI-SusMatin tutkimuksen mukaan alan kokonaisjalanjälki on noin 20–27 tonnia CO2e per tonni nikkeliä, mikä on yli kymmenen kertaa teräksen, jonka jalanjälki on 2,3 tonnia CO2e per tonni. Näin ollen nikkeli on erittäin ympäristölle haitallinen louhittava metalli.

CO2-päästöt ovat ilmastonmuutoksen tärkein ajuri, ja jos nikkelintuotannon halutaan hillitsevän sitä ja saavuttavan ilmastoneutraalius, sen hiilipäästöjä on vähennettävä merkittävästi.

Mielenkiintoista on, että maailmanlaajuiset pyrkimykset vähentää hiilipäästöjä liittyvät sähköistymiseen, jossa fossiilisten polttoaineiden käyttö korvataan sähköllä. Tämä siirtymä on kuitenkin voimakkaasti riippuvainen nikkelistä, mikä merkittävästi heikentää aloitteiden vaikutusta ja herättää huolta ympäristökuorman siirtämisestä metallurgiaan. Tutkimuksen ensimmäisen kirjoittajan, Ubaid Manzoorin, MPI-SusMatin tohtorintutkijan, mukaan:

“Jos jatkamme nikkelin tuotantoa perinteisellä tavalla ja käytämme sitä sähköistykseen, siirrämme vain ongelmaa sen ratkaisemisen sijaan.” 

Näin ollen heidän uusi nikkelintuotantotapansa tarjoaa kestävän polun metallin talteenottamiseksi malmeista, joissa vetyplasma korvaa hiilen, poistaen prosessin suorat hiilipohjaisista pelkistysaineista syntyvät CO2-päästöt, mikä myös säästää energiaa ja aikaa. Huomionarvoista on, että se käyttää matalapitoisia nikkelimalmeja, jotka on aiemmin ohitettu niiden monimutkaisuuden vuoksi.

Tällä hetkellä tällaisten malmien, nimittäin Ni-lateriitin, teollinen käsittely määräytyy nikkeliä sisältävien vaiheiden kiteisen rakenteen sekä nikkelin ja raudan (Fe) sisällön perusteella. 

Limoniiittimalmeilla, joilla on alhainen nikkeli- ja MgO-pitoisuus (<4 wt % Mg), käytetään yleensä korkeapaineista happoliuotusta (HPAL) nikkelin (Ni) ja koboltin (Co) talteenottoon, jos ne ovat läsnä. Tämän energian tarve on valtava, vaihdellen 230–570 GJ per tonni nikkeliä, mikä ylittää merkittävästi teräksen vaatiman 22 GJ per tonni.

Tätä huolestuttavaa taustaa vasten tutkimuksen lähestymistapa tarjoaa lupaavan vaihtoehdon perinteisistä teollisista tekniikoista. Korvaamalla hiili- (C) ja rikkipohjaiset (S) pelkistysaineet vedyllä, tutkimus minimoi suorat CO2- ja rikkidioksidipäästöt (SO2).

Se myös ohittaa haitallisten happojen, kuten rikkihapon (H2SO4), käytön HPAL-prosessissa ja poistaa tarpeen kalliille esi- ja jälkikäsittelyille.

Yksivaiheinen vetyplasmaan perustuva nikkelinkäsittely

Tutkimus, jota tukee Euroopan tutkimusneuvoston Advanced Grant, on julkaistu Nature-lehdessä. Se kuvaa uutta nikkelin talteenottoprosessia¹.

Heidän täysin erilainen lähestymistapansa on sulatuspelkistysprosessi, jossa koko kuiva malmikuorma käsitellään yhdessä metallurgisessa vaiheessa vetyplasmaa käyttäen. 

Tämä prosessi yhdistää kalkinoinnin, sulatuksen ja jalostuksen yhdeksi askeleeksi. Kaikki nämä toiminnot tapahtuvat samanaikaisesti yhdessä uunissa. Tämä mahdollisti korkealaatuisen ferronikkelin suoran talteenoton, rautaa ja nikkeliä sisältävään metallimateriaaliin, jota käytetään seosaineena, kuivatusta malmikuormasta yhdessä askeleessa.

‘Yksi askel’ -termillä tutkijat viittaavat puhdistetun ferronikkelin tuotantoon kuivatusta malmista yhdessä metallurgisessa prosessissa verrattuna RKEF-reittiin. RKEF, eli Rotary Kiln-Electric Furnace, on menetelmä ferronikkelin valmistamiseksi lateriittinikkeli-esiintymistä. Se sisältää kolme vaihetta: kuivatun malmin kalkinointi, jonka jälkeen se sulatetaan sähkökaarusuunissa (EAF), ja lopuksi jalostus epäpuhtauksien vähentämiseksi hyväksyttäville tasoille. 

Vastaavasti vetyplasma-sulatuspelkistys (HPSR) -prosessi kattaa kaiken tämän yhdessä askeleessa.

Lähestymistavallaan tutkijat valmistivat korkealaatuisia, puhdistettuja ferronikkeliseoksia nopealla pelkistyskinetiikalla. Seos sisältää minimaalisia epäpuhtauksia termodynaamisen uunin ilmapiirin hallinnan ansiosta, mikä mahdollisti nikkelin valikoivan pelkistyksen. Piin (Si) pitoisuus alle 0,08 wt %, kalsiumin (Ca) alle 0,09 wt % ja fosforin (P) lähes 0,00 wt % mahdollistivat lisäjalostuksen poistamisen.

“Käyttämällä vetyplasmaa ja hallitsemalla termodynaamisia prosesseja sähkökaarusuunissa, pystymme hajottamaan matala- ja keskipitoisten nikkelimalmien monimutkaisen rakenteen yksinkertaisemmiksi ionisiksi yhdisteiksi – jopa ilman katalyytteja.”

— Vastaava kirjoittaja, professori Isnaldi Souza Filho, MPI-SusMatin Sustainable Synthesis of Materials -ryhmän johtaja

Uusi prosessi voidaan toteuttaa uusiutuvalla energialla, jolloin hiilipohjaiset polttoaineet ja pelkistysaineet korvataan uusiutuvalla sähköllä ja vedyllä. Näin se tarjoaa jopa 18 % energiansäästön ja jopa 84 % CO2-päästöjen vähennyksen.

Tutkimuksen kokeelliset todisteet tukevat yhden askeleen HPSR:ää kestävänä vaihtoehtona metallin tuotannolle sekä oksideista että silikaateista, laajentaen raaka-ainevalikoimaa edullisiin, matalan laadun mineraaleihin.

Kaiken kaikkiaan tämä kestävä lähestymistapa mahdollistaa nikkelin hyödyllisen käytön kestävissä energiateknologioissa samalla kun se lieventää sen tuotannon aiheuttamaa ympäristövahinkoa. Sama prosessi voidaan soveltaa myös toiseen keskeiseen akkuun liittyvään alkuaineeseen, kobolttiin.

Huomionarvoista on, että prosessin skaalaus teollisiin sovelluksiin on mahdollista, mikä on tiimin seuraava askel. Tämä vaatii lyhyiden kaarien toteuttamista suurilla virralla, kaasunsyötön käyttöä tai ulkoisen sähkömagneettisen sekoituslaitteen integroimista uunin alle. Tämä varmistaa, että pelkistymätön sula pääsee jatkuvasti reaktioalueelle, sillä juuri siellä nikkelimalmien pelkistyminen yksinkertaisemmiksi ionisiksi yhdisteiksi tapahtuu.

Tämä voidaan toteuttaa vakiintuneiden teollisten menetelmien avulla, jotka mahdollistavat uuden menetelmän integroimisen olemassa oleviin prosesseihin.

Sijoittaminen vihreään nikkeliin

Tesla (TSLA ) on yksi merkittävimmistä toimijoista, jotka edistävät puhtaampaa nikkelin hankintaa. Koska sähköajoneuvot ovat vahvasti riippuvaisia nikkelirikkaista akuista, yhtiö aloitti toimitusketjun varmistamisen tuottajilta, jotka keskittyvät alhaisempiin päästöihin ja parempiin kaivostandardeihin, kuten BHP:n (BHP ) toiminnoista Australiassa.

Kun Tesla valitsee vähäpäästöisemmin tuotettua nikkeliä, se vaikuttaa myös muun teollisuuden hankintapäätöksiin. Siksi yhtiöllä on keskeinen rooli tällä alalla.

Tesla  

Yhtiön vuoden 2020 toisen neljänneksen tulospuhelussa Musk kehotti kaivosyhtiöitä investoimaan ”ympäristöystävälliseen nikkelintuotantoon suurilla tuotantomäärillä” sähköajoneuvojen tuotannon odotettua kasvua varten.

Vuonna 2022 se solmi sopimuksen metalliyhtiö Talon (TSX:TLO) kanssa toimittaakseen nikkeliä sen korkealaatuisesta Tamarack-projektista Minnesotassa. Kumppanuus on “vastuullista akkumateriaalien tuotantoa suoraan kaivoksesta akkujen katodille”, totesi Talonin toimitusjohtaja Henri van Rooyen, huomauttaen, että yhtiöllä on “alan alhaisin sisäänrakennettu CO2-jalanjälki”.

Samaan aikaan Tesla kehui Talonin innovatiivista lähestymistapaa akkumateriaalien löytämiseen, kehittämiseen ja tuotantoon, mikä sisältää hiilen pysyvän varastoinnin ja uusien materiaalinpoimintamenetelmien tutkimisen.

Samaan vuoteen Tesla myös solmi pitkäaikaisen sopimuksen Valen kanssa toimittaakseen matalahiilistä nikkeliä sen kanadalaisista toiminnoista.

Jo ennen näitä Tesla teki yhteistyötä $127,7 miljardin markkina-arvon Australian BHP Groupin kanssa, joka on mukana matalahiilisessä nikkelituotannossa EV:itä varten, parantaakseen akkujen toimitusketjun resilienssiä ja vähentääkseen hiilipäästöjä.

Viime vuoden lopulla BHP aloitti off-grid-kaivosaurinkovoiman ja akkuvarastojärjestelmien rakentamisen sähköistääkseen Nickel Westin Mt Keithin ja Leinsterin toimintoja, jotka toimittavat nikkeliä Teslalle.

Projektia kuvataan “BHP:n ensimmäiseksi off-grid-skaalaiseksi uusiutuvan energian hankkeeksi maailmanlaajuisissa toiminnoissamme, ja merkittävästi se poistaa vuosittain jopa 23 000 polttomoottoriajoneuvoa teiltä, tukien kasvihuonekaasupäästöjen vähennystavoitteitamme,” sanoi BHP Nickel West -omaisuuspäällikkö Jessica Farrell.

Kun tarkastellaan Teslan markkinasuorituskykyä, sen osakkeet käyvät tällä hetkellä hintaan $340,20, mikä on edelleen noin 14 % alhaisempi tänä vuonna, toipumisen jälkeen $217,80:n alimmasta tasosta viime kuussa. Tämä toipuminen on saanut TSLA-osakkeet hitaasti lähestymään lähes $484:n kaikkien aikojen huippua (ATH), jonka se saavutti joulukuussa 2024.

Nyt Teslan markkina-arvo on lopulta yli $1 biljoona ($1,2 biljoonaa tarkalleen), kun sen EPS (TTM) on 1,82 ja P/E (TTM) on 191,36.

Samaan aikaan vuoden 2025 ensimmäisen neljänneksen taloudelliset tulokset osoittavat 9 % liikevaihdon laskun edellisvuodesta $21,3 miljardiin. Merkittävä 20 % lasku kirjattiin autoalan liikevaihtoon, joka laski $14 miljardiin, kun taas päästöhyvityksistä saadut tulot kasvoivat 37,7 % $595 miljoniin, ja energian tuotanto- ja varastointiliikevaihto nousi vahvasti 67 % $2,73 miljardiin.

Lisäksi nettotulos laski $409 miljoniin, eli 12 senttiä osakkeelta, kun taas liiketulos laski $400 miljoniin, minkä seurauksena liikevoittomarginaali oli 2,1 %.

Myynti‑kannustimien ja alhaisempien keskimääräisten myyntihintojen lisäksi laskua on selitetty tarpeella päivittää tuotantolinjoja tehtaissa, jotta voidaan aloittaa Model Y -maasturiversion päivitettyjen versioiden valmistus.

Tänä aikana Tesla valmisti hieman yli 362 000 ajoneuvoa ja toimitti hieman yli 336 000 ajoneuvoa. “Vaikka Model Y -linjojen vaihtaminen kaikissa neljässä tehtaassamme johti useiden viikkojen tuotannon menetykseen Q1:ssä, uuden Model Y:n tuotannon nousu jatkuu hyvin,” totesi yhtiö lehdistötiedotteessa.

Tesla myös asensi 10,4 GWh energian varastointituotteita Q1 2025:ssä. Yhtiö on huomauttanut, että tekoälyinfrastruktuurin kasvu ”luo poikkeuksellisen suuren mahdollisuuden” tälle segmentille tasapainottaa verkkoa.

Osakkeenomistajien esityksessään autonvalmistaja varoitti sijoittajia “epävarmuudesta” markkinoilla nopeasti muuttuvan kauppapolitiikan vuoksi, joka vaikuttaa haitallisesti kustannuksiin ja toimitusketjuun. Teslan mukaan ”dynaamisen” ja ”muuttuvan poliittisen ilmapiirin” odotetaan vaikuttavan sen tuotteiden kysyntään lyhyellä aikavälillä.

Tämän keskellä Tesla kohtaa sähköautomarkkinoilla kilpailua edullisemmilta kiinalaisvalmistajilta ja Alphabet:n (GOOG ) Waymolta robotaksisektorilla.

Yhteenveto

Nikkeli on puhtaan energian siirtymän perusta, mutta sen perinteiset louhintamenetelmät vahingoittavat ympäristöä ja heikentävät niitä tavoitteita, joita se pyrkii tukemaan.

Tätä taustaa vasten innovaatiot, kuten vetyplasma-sulatus, tarjoavat lupaavan polun nikkelintuotannon päästöjen voimakkaaseen vähentämiseen. MPI-SusMatin tämä vihreä nikkelintuotantotapa avaa myös oven kestävämpään kuljetussektorin sähköistykseen. Matalapitoisesta malmista valmistettua nikkeliseosta voidaan käyttää suoraan ruostumattoman teräksen tuotannossa ja lisäjalostuksen jälkeen akkujen elektrodimateriaalina. Myös prosessissa syntyvä kuona voi toimia rakennusteollisuuden raaka-aineena.

Uusi, kestävä nikkelintuotantoprosessi voi skaalautuessaan tukea sähköajoneuvojen ja sähköverkon energiavarastojen kasvua ja edistää vähäpäästöisempää tulevaisuutta.

Klikkaa tästä saadaksesi luettelon parhaista akkumetalleista ja uusiutuvan energian kaivososakkeista.

Viitteet:

1. Manzoor, U., Mujica Roncery, L., Raabe, D., & Souza Filho, I. R. (2025). Sustainable nickel enabled by hydrogen-based reduction. Nature, 641(8062), 365–373. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08901-7