Met de opkomst van elektrische auto’s neemt de vraag naar lithium en kobalt snel toe. Als we niet ingrijpen hebben we er in 2050 te weinig van, waarschuwen Duitse onderzoekers. Bovendien zijn deze stoffen vooral te winnen in politiek weinig stabiele landen. De oplossing voor deze problemen ligt in het (beter) recyclen van batterijen en in het ontwikkelen van nieuwe batterijtypes op basis van andere materialen.
Dat schrijven onderzoekers van het Karlsruher Institut für Technologie (KIT) en het Helmholtz-Institut Ulm (HIU) in vakblad Nature Reviews Materials.
Onder andere onder impuls van autobouwer Tesla en wellicht met een zetje in de rug van de dieselschandalen, komt elektrisch rijden nu goed van de grond. Zo’n beetje alle automerken hebben al een volledig elektrisch model gelanceerd of komen daar de komende jaren mee. Zelfs bussen worden elektrisch; Utrecht en Eindhoven hebben er al tientallen van rondrijden (lees: ‘Utrecht start elektrische buslijn’) en onlangs werd bekend dat rond Schiphol er binnenkort ook honderd van gaan rijden.
Keerzijde
Dat is allemaal uitstekend nieuws voor de luchtkwaliteit, want deze wagens hebben immers geen directe emissies meer (de vraag hoe de stroom is opgewekt even daargelaten). Maar die hausse in elektrisch vervoer heeft ook een keerzijde. Aan boord van de voertuigen zijn flinke accupakketten die voor een deel zijn gemaakt van schaarse materialen. En de doorbraak van elektrisch vervoer leidt dus tot een sterk toenemende vraag naar deze zeldzame materialen, zie de figuur hieronder. Zo verwachten de onderzoekers dat er tussen 2016 en 2050 700 miljoen volledig elektrische auto's worden gemaakt, 250 miljoen elektrische vrachtwagens en 100 miljoen thuisbatterijen, zoals de Powerwall van Tesla.
Kobalt
Om te beginnen kobalt. Dat materiaal is nodig voor de kathode van lithium-ionbatterijen, maar is ook schaars en giftig, schrijven de Duitsers. Uit hun scenario blijkt dat de vraag naar het metaal in 2050 twee keer zo hoog is als de hedendaagse bekende reserves in de grond. En ook de prijsontwikkeling stemt niet vrolijk: alleen al tussen 2016 en 2017 werd kobalt meer dan twee keer zo duur. En bij de winning van het metaal in landen alsde Democratische Republiek Congo worden te vaak kinderen ingezet onder zware en gevaarlijke omstandigheden.
Lithium
En dan lithium, waarvan in één enkele Tesla-autobatterij met 70 kWh energie-inhoud al zo’n 63 kg zit (lees: ‘Wake-up call voor Europese auto-industrie’). Voor lithium zien de voorraden er wat gunstiger uit, maar dan moet het productieniveau wel met een factor tien omhoog om aan de verwachte vraag te kunnen voldoen. Complicerende factor is hier dat de (bekende) voorraad lithium in de grond met name in drie landen zit: Bolivia, Chili en Argentinië. Omdat deze landen geen lange traditie hebben van politieke stabiliteit, maken de onderzoekers zich enige zorgen over toekomstige tekorten van het materiaal. Sowieso is concentratie in maar enkele landen niet goed. ‘Het is dan ook essentieel dat we het onderzoek naar alternatieve batterijtechnologie verder uitbreiden. Zo kunnen we de genoemde risico’s verkleinen evenals de druk op de beschikbare reserves van deze materialen’, aldus mede-onderzoeksleider Daniel Buchholz van het Helmholtz-Institut Ulm in een persbericht.
Natrium-batterij
In hun paper bekijken de onderzoekers met name of lithium vervangen kan worden door natrium, een materiaal waarvan er veel meer op aarde te winnen is en dat minder giftig is. Een kostenanalyse laat zien dat een natrium-ionbatterij niet direct goedkoper zal zijn dan een lithium-ionbatterij. Maar als lithium schaars wordt, zal de prijs gaan stijgen en dan wordt de natrium-gebaseerde batterij aantrekkelijker. Daarbij wordt wel aangetekend dat de technische prestaties van de natriumvariant nog achterblijven ten opzichte van zijn lithium-broertje. Daar is dus nog onderzoekswerk aan de winkel.
Een andere manier om de druk op de schaarse materialen wat te verlichten, is door ze terug te winnen uit afgedankte batterijen en apparaten. Dat gebeurt nu nog te weinig, wat ook geldt voor de auto-industrie in zijn geheel (lees: ‘Auto bevat veel zeldzaam metaal’). Over hoe dit moet zijn genoeg ideeën, maar technologische uitdagingen liggen er ook nog (lees: en ‘Batterij recyclen kan veel zuiniger’).
Openingsbeeld Onderstel van een Tesla Model S personenwagen, met op de bodem het aanzienlijke accupakket. Foto Oleg Alexandrov
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.