We moeten de accu’s in elektrische auto’s gaan recyclen

In de accu’s van elektrische voertuigen spelen metalen als kobalt en lithium een belangrijke rol. Als we willen voorkomen dat we nieuwe voorraden van deze metalen moeten delven, dan zullen we ze moeten recyclen.

Een medewerker inspecteert auto-accu’s in een fabriek van Xinwangda Electric Vehicle Battery Co. Ltd. in het Chinese Nanjing, waar lithium-accu’s voor elektrische auto’s en andere toepassingen worden geproduceerd.

Foto van Photograph via AFP/Getty
Gepubliceerd 1 jun. 2021 11:55 CEST

Toen Ford onlangs zijn nieuwe model F-150 Lightning presenteerde, de geheel elektrische versie van de meest verkochte auto in de VS, was dat een belangrijk moment in de korte geschiedenis van elektrische voertuigen (EV’s). De drie ton zware en met 630 pk’s uitgeruste truck kost – met inbegrip van een federaal belastingvoordeel – slechts 26.615 euro en roept vergelijkingen op met het beroemde Model T van Ford, het voertuig dat lang geleden de aanschaf van een auto door de middenklasse mogelijk maakte. In de eerste 48 uur nadat het op accu’s rijdende model werd gepresenteerd, kwamen er bij Ford circa 45.000 bestellingen voor de truck binnen, wat gelijkstaat aan bijna twintig procent van alle nieuw geregistreerde EV’s in de VS in 2020.

Samen met honderden elektrische modellen van andere grote autofabrikanten toont de introductie van de F-150 Lightning aan dat de revolutie in elektrische voertuigen eindelijk bij het grote publiek aanslaat. Maar terwijl de elektrische aandrijftechniek – die een belangrijke rol in de strijd tegen de klimaatverandering speelt – steeds populairder wordt, doet zich een nieuwe uitdaging voor: waar halen we de metalen vandaan die in de accu’s voor elektrische voertuigen worden gebruikt?

Het lithium, nikkel, kobalt en koper dat in deze accu’s wordt toegepast, is allemaal in mijnen gedolven, en veel van die mijnen bevinden zich in landen als Rusland, Indonesië en de Democratische Republiek Congo, waar het toezicht op de milieuvoorschriften vaak gebrekkig is, de arbeidsomstandigheden ernstig tekortschieten en de mijnbouwsector vaak conflicten met plaatselijke gemeenschappen aanwakkert. Omdat het aantal EV’s naar verwachting van tien miljoen in 2020 naar zo’n 145 miljoen in 2030 zal stijgen, zal de vraag naar accumetalen ongetwijfeld sterk toenemen. Consumentenorganisaties die de sector in de gaten houden, waarschuwen ervoor dat de revolutie in elektrische voertuigen tot een economische boom in de vervuilende mijnbouwindustrie kan leiden.

Lees ook: De stille kosten achter de elektrische revolutie in de auto-industrie

Om de behoefte aan vers gedolven metalen te verminderen zullen EV-accu’s veel beter gerecycled moeten worden nadat ze zijn afgedankt. Hoewel nog maar weinig EV-accu’s het einde van hun normale levensduur hebben bereikt, zullen er in de komende decennia naar verwachting miljoenen tonnen aan onbruikbare accu’s moeten worden afgevoerd. De afgedankte accu’s zouden een aanzienlijk percentage van de benodigde metalen voor nieuwe accu’s kunnen leveren, maar om dat te bereiken, en om te voorkomen dat veel accu’s op de vuilnisbelt eindigen, zijn er slimmere recyclingmethoden en betere regels nodig.

“De manier waarop dit wordt gebracht, is dat we de klimaatproblematiek moeten aanpakken en dus meteen nieuwe mijnen moeten openen om deze metalen zo snel mogelijk te delven,” zegt Payal Sampat, directeur mijnbouwprogramma’s van de milieugroep Earthworks. “Dat werkt zeker op korte termijn, maar we moeten enkele goed doordachte oplossingen voor dit probleem zien te vinden die ook op lange termijn werken.”

Accu's in onderdelen

De accu’s die in elektrische voertuigen worden gebruikt, zijn complexe stukjes techniek, maar het basisprincipe waarop ze berusten, verschilt niet zoveel van de oplaadbare lithium-ion-batterij in een smartphone. De afzonderlijke accucellen bestaan elk uit een metalen kathode (die van lithium en een mix van andere metalen wordt gemaakt, waartoe kobalt, nikkel, mangaan en ijzer kunnen behoren), een anode van grafiet, een zogenaamde separator en een vloeibare elektrolyt die meestal uit lithiumzout bestaat. Wanneer geladen lithiumionen van de anode naar de kathode stromen, wordt er elektrische stroom opgewekt.

Eén enkele batterij van dit type is voldoende om een smartphone van de benodigde stroom te voorzien. Maar om een auto aan te drijven, zijn er bundels van duizenden batterijen nodig, meestal in een hele serie van modulen die tot ‘accupacks’ zijn samengevoegd en in een beschermende metalen behuizing zijn ondergebracht. Tezamen kunnen deze enorme elektrochemische sandwiches elk een halve ton wegen (naar verluidt weegt de accu van de F150 Lightning bijna een ton).

De meeste kostbare metalen die recyclers uit deze accu’s willen halen, zijn in de afzonderlijke accucellen verwerkt. Maar accu’s voor elektrische voertuigen zijn ontworpen om het vele jaren en duizenden kilometers uit te houden en dus niet erg geschikt om weer uit elkaar te halen. “Om allerlei heel logische redenen wil je niet dat ze zomaar uit elkaar vallen,” zegt Paul Andersen, hoofdonderzoeker van het recyclingproject voor lithium-ion-accu’s (ReLib) van de Faraday Institution, een onderzoeksinstituut van de University of Birmingham in Groot-Brittannië.

Lees ook: Elektrische auto zou rond 2040 de wereld kunnen veroveren

Terwijl het ontmantelen van EV-accu’s een kostbare en complexe zaak is, zijn de recyclingmethoden die vandaag de dag worden toegepast, tamelijk simpel. Nadat een afgedankte accu is ontladen en de stevige behuizing is verwijderd, worden de modulen vaak versnipperd en in een oven gegooid. Lichtere metalen als lithium en mangaan verbranden, waarna er een vloeibare legering achterblijft die uit kostbaarder metalen als koper, nikkel en kobalt bestaat. De afzonderlijke metalen kunnen vervolgens met behulp van agressieve zuren van elkaar worden gescheiden en gepureerd. Maar voor deze zogenaamde pyro- en hydrometallurgische processen is heel veel energie nodig en er komen ook veel giftige dampen bij vrij, die eveneens opgevangen en hergebruikt moeten worden.

Terwijl het kobalt en nikkel in accu’s vaak in flinke hoeveelheden wordt herwonnen, is het doorgaans niet lonend om het lithium uit de accu’s te halen en te recyclen, want het lithium dat bij deze processen overblijft, is vaak niet van voldoende kwaliteit om er nieuwe accu’s van te maken.

In de toekomst is er misschien een schonere en efficiëntere optie: directe recycling, oftewel het scheiden van het kathodemateriaal in de losse accucellen zelf. Daarbij zou deze chemische mix uit de cellen aangevuld kunnen worden met lithium dat door de accu is verbruikt, in plaats van dat afzonderlijke metalen uit die legering worden herwonnen. Volgens Gavin Harper, research fellow aan de Faraday Institution, staan methoden voor directe recycling nog in de kinderschoenen, maar zouden ze recyclers in de toekomst in staat stellen meer van de materialen uit accu’s te herwinnen en een waardevoller eindproduct te verkrijgen.

“Er zit waarde in ruwe grondstoffen, maar er zit nog veel meer waarde in de combinatie ervan,” zegt hij. “Dat zou een beetje de Heilige Graal van het recyclen zijn: het herwinnen van de waarde in de samenstelling van een gebruikt product, niet alleen van afzonderlijke materialen.”

Achter de schermen bij het team dat de World Solar Challenge won

Schaalvergroting

Volgens een schatting van het Internationale Energie-Agentschap IEA is er in de wereld capaciteit aanwezig om elk jaar zo’n 180.000 ton aan afgedankte EV-accu’s te recyclen. Ter vergelijking: alle elektrische voertuigen die in 2019 op de weg waren, zullen na hun bruikbare levensduur 500.000 ton aan accu-afval produceren.

En dan hebben we het slechts over één jaar. Het IEA schat dat in 2040 inmiddels 1300 gigawatt aan verbruikte accu’s gerecycled moet worden. Om dat in materieel gewicht uit te drukken, wijst Harper erop dat de accupack van tachtig kilowattuur in een Model 3 van Tesla ongeveer vijfhonderd kilo weegt. Als die 1300 gigawatt aan afgedankte accu’s allemaal van Model 3’s afkomstig zouden zijn, zou dat resulteren in bijna acht miljoen ton aan accu-afval – volgens Harper 1,3-maal het gewicht van de Piramide van Cheops.

Als de recycling op de juiste manier opgeschaald zou kunnen worden, zou uit die afvalberg een aanzienlijke hoeveelheid metalen herwonnen kunnen worden. In een scenario van duurzame ontwikkeling – waarin de markt voor EV’s in een tempo groeit dat strookt met de beperking van de aardopwarming tot twee graden Celsius – denkt het IEA dat in 2040 inmiddels twaalf procent van de metalen die voor de productie van EV’s nodig zijn, via recycling herwonnen kan worden. Maar als hetzelfde klimaatscenario wordt gecombineerd met wat optimistischer recycling-uitkomsten, dan zou het hergebruik van metalen uit accu’s een veel grotere rol kunnen spelen.

In een recent rapport dat in opdracht van Earthworks is opgesteld, is naar een scenario gekeken waarin honderd procent van de EV-accu’s zou worden ingezameld voor hergebruik en de herwinning van vooral lithium. In die hypothetische situatie zou in 2040 tot wel 25 procent van de totale vraag naar lithium voor de productie van EV’s kunnen worden gedekt, en 35 procent van het benodigde kobalt en nikkel.

Deze schattingen “zijn niet bedoeld om de toekomst te voorspellen,” schrijft Nick Florin, directeur onderzoek van de University of Technology Sydney en een van de auteurs van het rapport, in een e-mail. “We schetsen een mogelijke toekomst, om zo te kunnen onderzoeken welke belangrijke rol recycling zou kunnen spelen bij het vervangen van vers gedolven metalen.”

Om dat potentieel te bereiken moeten er volgens Florin en zijn medeauteurs stevige maatregelen door de overheid worden genomen om het recyclen van EV-accu’s te bevorderen. Dat zou kunnen inhouden dat de accu’s volgens een bepaald ontwerp gebouwd moeten worden, zodat recyclers ze gemakkelijker kunnen ontmantelen; dat dealers en fabrikanten de accu’s na gebruik moeten inzamelen; dat oude accu’s niet op vuilnisbelten terecht mogen komen; en dat er regels worden ingevoerd die het eenvoudiger maken om gevaarlijke accustoffen ten behoeve van recycling te vervoeren.

De Europese Unie heeft al regelgeving voor de afvoer van EV-accu’s ingevoerd die aansluit op het idee van de ‘verlengde verantwoordelijkheid van de producent’. Momenteel wordt die regelgeving geactualiseerd, zodat ze ook specifieke doelen voor het herwinnen van materialen uit oude accu’s omvat. Slechts drie Amerikaanse staten hebben regelgeving op basis van ‘verlengde verantwoordelijkheid van de producent’ ingevoerd, die fabrikanten van lithium-ion-accu’s ertoe verplicht om afgedankte accu’s op verantwoorde wijze af te voeren.

“Het leggen van de verantwoordelijkheid voor de afvoer van accu’s bij degene die deze accu’s op de markt brengt, is een zeer heldere beleidsoplossing,” zegt Benjamin Hitchcock Auciello, coördinator van het Earthworks-programma ‘Making Clean Energy Clean, Just and Equitable’.

Recycling zal niet genoeg zijn om aan alle of zelfs maar aan het overgrote deel van de vraag naar accumetalen te voldoen, zeker niet nu de sector snel begint te groeien. Thea Riofrancos, een politicologe van het Providence College in Rhode Island die onderzoek doet naar groene technologie en de herwinning van grondstoffen, ziet recycling als “slechts één van een heel leger aan strategieën” om de vraag naar vers gedolven grondstoffen te verminderen. Tot de andere mogelijke benaderingen behoren de ontwikkeling van nieuwe accu’s met minder metalen, het verbeteren van het openbaar vervoer en het bouwen van steden die zijn ingesteld op voetgangers en fietsers, zodat de behoefte aan personenauto’s wordt verminderd.

Maar zelfs als er in de komende decennia slechts een kwart tot een derde van de vraag naar accumetalen met behulp van recycling kan worden gedekt, dan is het volgens Riofrancos nog altijd belangrijk om deze strategie te volgen, omdat het ons helpt om “onze relatie met technologie te heroverwegen.”

“Door recycling denken we na over de biofysieke grenzen aan ons bestaan,” zegt zij. “Je hebt het uiteindelijk over niet-hernieuwbare bronnen. Laten we deze grondstoffen gebruiken als hulpgoederen waaraan we zoveel mogelijk nut willen onttrekken, in plaats van ze snel op te graven en dan weer weg te gooien.”

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

Lees meer

Ontdek Nat Geo

  • Dieren
  • Milieu
  • Geschiedenis en Cultuur
  • Wetenschap
  • Reizen
  • Fotografie
  • Ruimte
  • Video

Over ons

Abonnement

  • Abonneren
  • Schrijf je in
  • Shop
  • Disney+

Volg ons

  • Gebruiksvoorwaarden
  • Privacyverklaring
  • Cookiebeleid
Copyright © 1996-2015 National Geographic Society. Copyright © 2015-2017 National Geographic Partners, LLC. Alle rechten voorbehouden.