Zeldzame metalen zorgen voor stroom voor elektrische auto’s. Kan AI helpen om ze te vinden?

De wereldwijde toename van het aantal elektrische vervoermiddelen maakt het noodzakelijk om nieuwe bronnen voor metalen als kobalt en koper te vinden. Zonder hulp van big data wordt dat waarschijnlijk lastig.

Gepubliceerd 7 dec. 2021 13:42 CET
Medewerkers van KoBold in Zambia prepareren bodemmonsters voor analyse om te bepalen of die aanwijzingen bevatten ...

Medewerkers van KoBold in Zambia prepareren bodemmonsters voor analyse om te bepalen of die aanwijzingen bevatten voor de aanwezigheid van gewilde metalen als koper en kobalt.

Foto van KoBold

Terwijl het vroege ochtendlicht door de boomkruinen boven hem danst, bukt Fedrick Eshiloni zich om een handvol okerkleurige aarde op te rapen.

De omgeving doet bepaald niet denken aan een innovatiehub: in deze beboste regio in het noordwesten van Zambia, met moerassen vol riet en termiethopen ter grootte van huizen, is de ossenkar nog steeds een belangrijk vervoermiddel. Maar de 22-jarige Eshiloni, die gekleed is in een blauwe overall en die vergezeld wordt door een team van prospectors (mensen die terreinen onderzoeken op de aanwezigheid van ertsen), zet hiermee een belangrijke eerste stap in een opkomende, technologisch geavanceerde zoektocht naar de metalen die een toekomst met schone energie mogelijk moeten maken.

Nadat ze een dag lang zakken met grond hebben verzameld, nemen Eshiloni en zijn collega’s de monsters mee naar een geïmproviseerd kamp, waar deze worden gedroogd, gezeefd en onderzocht op de aanwezigheid van 34 chemische elementen. Zelfs de kleinste hoeveelheden leveren al aanwijzingen op voor mogelijk kobalt- of kopererts in de ondergrond. Deze metalen zijn van cruciaal belang voor de productie van elektrische voertuigen.

(De elektrische revolutie van het reizen is begonnen. Hier lees je er meer over.)

Deze eerste stappen verschillen maar weinig van de manier waarop mijnbouwbedrijven sinds het midden van de twintigste eeuw op onderzoek uitgingen. Maar wat hierna volgt, is een belangrijke test voor nieuwe datatechnieken. Deze kunnen volgens sommigen zorgen voor een  radicale omslag in de mijnbouw en tegelijkertijd de wereldwijde klimaatopwarming beperken.

Dit team van KoBold Metals, een startup uit Californië die door Bill Gates wordt ondersteund, verschilt van traditionele prospectors doordat ze de verzamelde data als bouwstenen gebruiken voor een serie complexe geologische modellen, gebaseerd op kunstmatige intelligentie (AI). De data kunnen bodemmonsters zijn, maar ook gegevens van luchtfoto’s of historische documenten. KoBold en zijn sponsoren gaan ervan uit dat deze technieken betere voorspellingen opleveren over de locatie van ertsaders, en uiteindelijk nieuwe, dieper gelegen ertslagen aan het licht brengen.

Medewerkers van KoBold verzamelen bodemmonsters voor hun zoektocht naar kobalt, een waardevol metaal dat wordt toegepast in zonnepanelen, windmolens en de accu’s van elektrische vervoersmiddelen.

Foto van national geographic

Een boormonster uit gesteente dat afkomstig is van grote diepte wordt onderzocht op sporen van waardevolle mineralen.

Foto van KoBold

KoBold is niet het enige mijnbedrijf dat big data inzet voor het doen van nieuwe vondsten. Maar de vooraanstaande financiers van de onderneming en de focus op de metalen die nodig zijn voor de groene-energierevolutie vestigen de aandacht op het probleem dat aan het ontstaan is op het gebied van grondstoffen. Door de dreigende tekorten kunnen de wereldwijde doelstellingen voor een wereld met minder Co2-uitstoot, zoals bijvoorbeeld overeengekomen bij de Klimaatconferentie in Glasgow, in gevaar komen.

 

Volgens het Internationaal Energieagentschap (IEA) is er een ongekende productietoename nodig van grondstoffen zoals koper, kobalt, nikkel en lithium om ervoor te zorgen dat de opwarming van de aarde ‘aanzienlijk’ minder dan 2 graden zal zijn, de belangrijkste doelstelling uit het Klimaatakkoord van Parijs. Deze metalen zijn essentieel voor de productie van zonnepanelen, windmolens, elektriciteitskabels en vooral ook de accu’s van e-auto’s. Dergelijke voertuigen stoten aanzienlijk minder CO2 uit dan wagens die op benzine of diesel rijden, met name wanneer de stroom afkomstig is van hernieuwbare bronnen.

 

Het IEA verwacht dat het voor het behalen van de doelstellingen van Parijs nodig is dat er in 2040 wereldwijd per jaar ruim 70 miljoen elektrische auto’s en trucks worden verkocht. Daarvoor zijn maar liefst dertig keer zoveel metalen nodig als er momenteel worden geproduceerd.

 

De overstap naar een groenere toekomst verloopt niet zonder tegenstrijdigheden, in ieder geval wat betreft de nabije toekomst. Want hoewel mijnbouw door nieuwe technologieën en strengere regelgeving minder schadelijk is geworden voor het milieu, is de winning en verwerking van metalen nog steeds vervuilend voor water en bodem. Bovendien vormt mijnbouw een bedreiging voor leefgebieden van allerlei soorten, en komen er giftige stoffen bij vrij en dezelfde broeikasgassen die nou juist zorgen voor de opwarming van de aarde.

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

Maar de uitstoot die samenhangt met het delven van de mineralen die nodig zijn voor groene energie is slechts een fractie van de emissie die wordt geproduceerd door de fossiele brandstoffen die ze moeten vervangen. Na verloop van tijd, naarmate er meer elektrische voertuigen zijn, zou de toegenomen recycling van accu’s de zoektocht naar nieuwe metalen minder belangrijk kunnen maken. Daarnaast zou de transportsector mogelijk gebruik kunnen gaan maken van andere technologische oplossingen die nu nog in ontwikkeling zijn, zoals bijvoorbeeld auto’s op waterstof, of die op dit moment zelfs nog volkomen onbekend zijn.

Maar analisten benadrukken dat er op dit moment weinig anders opzit dan dat er gesteente uit de aarde moet worden opgegraven.

Als we de opwarming van de aarde met behulp van de bestaande technieken onder de 2 graden willen houden, zijn er ‘enorme extra volumes aan metalen’ nodig, aldus Julian Kettle van het internationale energieadviesbureau Wood Mackenzie. ‘Er zit echt niks anders op.’

Medewerkers van KoBold in Zambia sjouwen zakken met bodemmonsters door het ondiepe moerasland dat ook wel ‘dambo’ wordt genoemd. De monsters worden gedroogd, gezeefd en onderzocht op de aanwezigheid van 34 chemische bestanddelen.

Foto van KoBold

Gesteente onder de motorkap

De naam van het in 2018 opgerichte KoBold verwijst naar kobalt. Toevoeging van dit glanzende, blauw-zilveren metaal verbetert de prestaties van lithium-ion-batterijen, die bij hun introductie begin jaren 90 leidden tot een revolutie in de consumentenelektronica. Ditzelfde principe, maar dan op veel grotere schaal, wordt gebruikt voor accu’s voor elektrische voertuigen. Dankzij kobalt hebben ze een groter bereik, een langere levensduur en is het risico op brand kleiner omdat er minder corrosie plaatsvindt.

De winning van dit materiaal is echter nogal problematisch. Bijna 70 procent van de totale hoeveelheid kobalt is afkomstig uit de Democratische Republiek Congo, dat een historie heeft van zeer slechte arbeidsomstandigheden en corruptie. Er bestaat dan ook een dringende wens om de grondstof van elders te halen. Daarnaast zijn autofabrikanten op zoek naar alternatieven voor het dure kobalt, hoewel de tegenvallende prestaties van de huidige kobaltvrije accu’s en batterijen waarschijnlijk gaan leiden tot een toenemende vraag.  

Ook voor andere metalen waar KoBold naar op zoek is ontstaat binnenkort mogelijk een probleem in de toevoer. Materiaalwetenschapper Gerbrand Ceder van de University of California, Berkeley denkt dat de kans het grootst is dat er op langere termijn een tekort ontstaat aan nikkel, onder meer omdat dit de meest gangbare vervanging is voor kobalt.

Analisten verwachten ook dat koper schaars wordt. Dit metaal heeft een breed scala aan groene toepassingen, bijvoorbeeld voor de motoren, bedrading en het oplaadnetwerk voor elektrische voertuigen. Voor een doorsnee e-auto is drie keer zoveel koper nodig als voor zijn benzine-verbruikende evenknie.

De toeleveringsproblemen zijn deels te verklaren doordat het steeds moeilijker is geworden om bruikbare metaalafzettingen te vinden. De reden daarvoor is dat de mijnen die het gemakkelijkst bereikbaar zijn, inmiddels zijn opgebruikt. In Zambia, de op een na grootste koperproducent van Afrika, stak het erts dat tegenwoordig wordt gedolven ‘uit de grond’, of bevond zich vlak onder het oppervlak toen het werd gevonden, vertelt David Broughton. Deze geoloog met 25 jaar ervaring in de regio adviseert KoBold en andere ondernemingen.

Maar er zijn ook afzettingen dieper in de grond. De interactie tussen het gesteente en de vloeistoffen waardoor het erts meer dan 400 miljoen jaar ontstond, vond diep in de aarde plaats. In tegenstelling tot de olie- en aardgasindustrie, die steeds beter is geworden in het bereiken van lastig toegankelijke plekken, heeft zich in de mijnbouw echter al tientallen jaren geen grote technologische vooruitgang voorgedaan.

De kans op een bruikbare vondst is dan ook beroerd klein. Volgens de meeste schattingen in de branche leidde minder dan 1 procent van de projecten in gebieden zonder eerdere extensieve exploratie tot de vondst van commercieel interessante afzettingen.

De aantrekkingskracht van big data

Het doel van KoBold is om ‘de onzekerheid over wat zich in de aarde bevindt te beperken,’ vertelt Josh Goldman, die chief technology officer is bij de onderneming. Het toepassen van een grotere dataset en de inzet van AI, een veld dat zich nog steeds ontwikkelt, zijn daarbij van cruciaal belang.

AI-technologie, in de vorm van automatisering en machinelearning, heeft eerder ook al bijgedragen aan de strijd voor een beter klimaat. Met behulp hiervan kon de herkomst van bepaalde uitstoot beter worden achterhaald, konden betere klimaatmodellen worden opgesteld en konden zogenaamde ‘smart grids’ en andere energiebesparende systemen worden ontwikkeld. De toepassing van AI in de mijnbouw bleef vooral beperkt tot verbeteringen bij de winning bij bestaande activiteiten. Maar AI-toepassingen worden ook steeds vaker gebruikt bij de zoektocht naar nieuwe mijnen.

Tegenwoordig bieden verschillende bedrijven, van techgiganten als IBM tot meer gespecialiseerde concerns als het Canadese Minerva en GoldSpot, AI-tools of -services aan voor exploratieactiviteiten. KoBold is echter een van de weinige ondernemingen die ook eigen kapitaal in projecten investeert, onder meer in Zambia, Canada, Groenland en West-Australië.

De technologische vernieuwingen van het bedrijf bestaan uit twee complementaire systemen. Connie Chan, die partner is bij de durfkapitalist Andreessen Horowitz die in 2019 samen met Breakthrough Energy Ventures van Bill Gates investeerde in KoBold, vergelijkt het eerste systeem met een ‘Google Maps voor de aardkorst en wat zich daaronder bevindt.’

Lees ook: Het rijden van de toekomst, de weg naar uitstootvrij rijden

De ontwikkeling ervan is een geologische speurtocht. KoBold zamelt daarvoor niet alleen zelf gegevens in op basis van gesteente- en bodemmonsters en helikoptermetingen van zwaartekracht en magnetisme. Het bedrijf maakt ook gebruik van allerlei historische bronnen, waarbij het machinelearning inzet. Dit houdt in dat computers verbanden vinden in data die te complex zijn voor mensen. Zo wordt belangrijke informatie gehaald uit oude kaarten en geologische verslagen, die alles bij elkaar miljoenen pagina’s kunnen beslaan. Voor bepaalde projecten gaat KoBold samenwerkingsverbanden aan met bestaande mijnbedrijven die hun eigen data ter beschikking stellen. In Australië is BHP, ‘s werelds hoogst gewaardeerde mijnbouwconcern, een van de partners.

Aan de hand van al deze informatie ontwikkelt en traint Kobold een serie analytische tools die ze de ‘machineprospector’ noemen. Deze tools worden niet ingezet voor het direct delven van metalen, maar geven geologen wel meer inzicht waar ze moeten zoeken – en waar juist niet. Een tool die van groot belang is voor de werkzaamheden van KoBold in Zambia helpt bij de herkenning van zogenaamd ‘mafisch gesteente’. Door de vondst van dergelijk gesteente denken onderzoekers vaak ten onrechte dat ze koper hebben gevonden. De tool voorkomt dat er vergeefs kostbare booractiviteiten worden uitgevoerd.

In het noorden van Quebec, waar KoBold nikkel, koper en kobalt hoopt te vinden, gebruikt een onderzoeksteam een andere tool om de meest veelbelovende aders te vinden voor het nemen van monsters, wat de zoektocht versnelt. ‘Zo kun je in één seizoen een paar honderd vierkante kilometer onderzoeken,’ vertelt David Freedman, die de afgelopen zomer als geoloog voor KoBold door de toendra trok.

Hoe goed gaat machinelearning werken?

Door KoBold en andere bedrijven ontwikkelde machinelearningtools hebben het leven van geologen al gemakkelijker gemaakt, merkt Freedman op. Wanneer je achter je computer een prospectroute doet, heb je geen last van wind, regen of muggen. Maar de technologie staat nog in de kinderschoenen en het is nog de vraag of ze kunnen leiden tot belangrijke vondsten.

Lees ook: We moeten de accu’s in elektrische auto’s gaan recyclen

Geoloog en datawetenschapper Antoine Caté van het internationale adviesbureau SRK, denkt dat modellen op basis van machinelearning de potentie hebben om de slagingskansen van exploratie ‘aanzienlijk te vergroten.’ Als reden noemt hij onder meer dat modellen patronen kunnen ontdekken in datasets die te groot zijn om door het menselijk brein te worden verwerkt. Wel waarschuwt hij dat de kwaliteit van de tools volledig afhangt van de informatie die erin wordt ingevoerd. Wanneer een algoritme wordt ontwikkeld op basis van kwalitatief ondermaatse gegevens, levert het model in het beste geval niks op, en zet het prospectors in het slechtste geval op het verkeerde been.

Daarnaast maakt AI menselijke kennis niet overbodig. ‘Deze tools zijn geweldig om berekeningen te maken,’ aldus Caté. ‘Maar uiteindelijk heb je toch iemand met ervaring en kennis nodig die iets met die informatie kan.’

Goldman is dat met hem eens. Dat is ook de reden dat KoBold zo nauwkeurig te werk gaat tijdens de speurtocht: vanwege de noodzaak van betrouwbare data. Hij erkent ook dat het nog enige tijd zou kunnen duren voordat de technologie van de onderneming zijn belofte inlost. Ook is onzeker hoeveel sneller het vinden van ertslagen zal gaan door de inzet van de tools.

Chan, die met haar onderneming techgiganten als Airbnb en Instagram heeft gefinancierd, gelooft dat het de moeite waard is om het af te wachten. De exploratie ten behoeve van de mijnbouw kampt met problemen en de noodzaak om meer grondstoffen voor accu’s te vinden, maakt volgens haar duidelijk dat het de hoogste tijd wordt voor de inzet van software. ‘Als een bepaald bedrijf zou kunnen aantonen dat zij beter dan de rest zijn in het vinden van de juiste plekken om te gaan graven – dat is ongelooflijk waardevol.’

Maar zelfs als technologie op basis van machinelearning een succes zou blijken te zijn, is het nog steeds mogelijk dat er in de toekomst sprake is van tekorten. Verbeterde exploratie is maar een deel van het verhaal. Wood Mackenzie schat dat de mijnbouwindustrie de komende vijftien jaar ruim twee biljoen euro moet investeren in mijnactiviteiten om de doelstelling van een maximale opwarming van 2 graden te behalen. Dat is een enorme toename ten opzichte van de ongeveer 500 miljard die de branche in de afgelopen vijftien jaar investeerde. Voor een opschaling van de mijnactiviteiten moeten ook regeringen in actie komen. Volgens Kettle komt het nog te vaak voor dat overheden de vraag naar groene technologie stimuleren, terwijl ze intussen ook regelgeving maken die het juist moeilijker maakt om de materialen te delven die daarvoor nodig zijn.

In Zambia is overstap naar groene energie een kwestie van nationaal belang. Een in augustus nieuw verkozen regering probeert een einde te maken aan de door schulden ontstane grote economische problemen. Mineralen, die goed zijn voor driekwart van de export, zijn daarbij van cruciaal belang. Volgens de minister van Mijnbouw van het land, Paul Chanda Kabuswe, kan de ‘aanstaande piekvraag’ naar materialen voor accu’s Zambia ‘enorme winsten’ opleveren. Maar er zijn al tientallen jaren lang geen grote ertsafzettingen meer gevonden. De mijnbouwindustrie zal beter moeten gaan presteren om de aanvoer van de metalen zeker te stellen.

Humphrey Mbasela, een geoloog uit Zambia die KoBold helpt bij het onderzoeken van de aarde in het Mushindamo District, denkt dat de aanpak met behulp van big data resultaat zal opleveren. Onderzoekers hebben te veel tijd verspild aan wat hij ‘krabben als kippen’ noemt. Ze waren te zeer gefocust op wat zich vlak onder het oppervlak bevindt, terwijl de grote prijzen dieper in de aarde verstopt liggen.

‘De aanwijzingen zijn er, ze liggen verstopt,’ zegt hij nadat hij een dag lang in bossen en velden op zoek is geweest naar bodemmonsters. ‘Ze moeten alleen worden opgespoord.’

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

Lees meer

Dit vindt u misschien ook interessant

Milieu
De klimaattop in Glasgow – wat staat er op het spel?
Milieu
Europa gebruikt omstreden ‘hernieuwbare’ brandstof: bomen uit de VS
Milieu
We moeten de accu’s in elektrische auto’s gaan recyclen
Milieu
Stel dat ’s werelds grootste inkoper groen beleid zou gaan voeren?
Milieu
Herbebossing in VS vereist miljarden zaden – en meer zadenjagers

Ontdek Nat Geo

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

Over ons

Abonnement

  • Abonneren
  • Schrijf je in
  • Shop
  • Disney+

Volg ons

Copyright © 1996-2015 National Geographic Society. Copyright © 2015-2021 National Geographic Partners, LLC. Alle rechten voorbehouden.