Magnesium: terug van weggeweest

Gepubliceerd op 23 oktober 2019

De Volkswagen Kever zat meer dan tachtig jaar geleden vol met magnesium, sindsdien nam het gebruik van het lichtgewicht metaal in de auto-industrie af. Vandaag de dag lijkt magnesium echter weer een opleving te maken. Hoe zit het precies met de productie én recycling van het veelzijdige materiaal? Autorecycling-expert Antoinette van Schaik is er kritisch over.

Wie denkt aan lichtgewicht automaterialen zal vooral aluminium en koolstofvezel noemen. Maar er is nóg een materiaal dat autobouwers graag inzetten om hun modellen lichter en daarmee energiezuiniger te maken: magnesium. Magnesium is immers 33 procent lichter dan aluminium en zelfs 75 procent lichter dan staal. Het is bovendien stijf én sterk; twee andere eigenschappen die autofabrikanten graag zien. Andere voordelen: de demping van vibraties is optimaal en magnesium is bovendien goed te verwerken in onderdelen.

Nieuw is magnesium allerminst. Al sinds de jaren twintig van de vorige eeuw gebruikt de auto-industrie het. In de beginjaren werd het metaal voornamelijk in racewagens verwerkt, maar vanaf de jaren dertig zag Volkswagen ook toepassingen voor massaproductie. De legendarische Volkswagen Kever had in de beginjaren liefst 20 kilo magnesium aan boord.

Magnesium wordt nog altijd in allerlei auto-onderdelen toegepast. Populaire toepassingen zijn in het dak (bij sportwagens) en in de velgen, maar ook in de versnellingsbak, stuur, stuurkolom en stoelframes, en als behuizing van de brandstoftank en airbags. Verder wordt het vaak gebruikt in legeringen als versterker van aluminium. En het is een bestandsdeel van titanium en staal. Ook lijkt magnesium een toekomstige bouwsteen voor een nieuw type batterijpakketten voor elektrische auto’s. Magnesium is namelijk 3.000 keer ruimer voorhanden dan lithium, en magnesium-batterijen zijn bovendien een stuk veiliger dan lithium-ion batterijen. Daarnaast hebben magnesiumaccu’s de capaciteit om meer elektriciteit op te slaan.

 

De verwachting is dat in 2030 elke auto voor ongeveer 5 procent uit magnesium bestaat

 

Een flinke groei van het materiaalgebruik lijkt dus onafwendbaar. De Turkse magnesiumproducent Esan verwacht dat de wereldwijde vraag in 2024 is toegenomen naar 1,6 miljoen kiloton op jaarbasis. Als de voorspellingen uitkomen, betekent dat een groei van 50 procent in tien jaar tijd. Een onderzoek van McKinsey uit 2012, ‘Lightweight, Heavy Impact’ genaamd, verwacht dat een auto in 2030 voor ongeveer 5 procent uit magnesium bestaat. Flink meer dan nu. In een auto die in 2012 is gebouwd, zit gemiddeld 4,1 kilogram magnesium, aldus de IMA (International Magnesium Association). Daarbij wordt het magnesium in aluminiumlegeringen meegerekend.

Verouderd productieproces
Nadelen heeft magnesium ook. Het is duur en er wordt heel veel energie gebruikt bij de productie. En in China, ’s werelds grootste magnesiumproducent, maakt men bovendien gebruik van het milieuonvriendelijke Pidgeon-productieproces op basis van kolen. Een proces dat ze daar al sinds de jaren veertig hanteren. Volgens onderzoek van WorldAutoSteel, een associatie waarin 22 grote staalfabrikanten samenkomen, komt er per kilo gefabriceerd magnesium 2.300 gram CO2 in de atmosfeer. Dat is exact tien maal meer dan bij één kilo gefabriceerd regulier staal.

Magnesium wordt gewonnen uit ruwe erts, zoals de rotsachtige mineralen dolomiet, magnesiet en serpentiet, en is daarmee in ruime mate aanwezig in onze aardkost. Magnesium zit ook onder de grond in de vorm van magnesiumzout. En het komt voor in zeewater. China is goed voor 85 procent van de totale magnesiumproductie. Op plek twee staat de VS. In Nederland wordt ook magnesium gewonnen, maar dat wordt vooralsnog niet verwerkt tot automaterialen.

Verlies
Een flink deel van het magnesium eindigt niet in het eindproduct, maar gaat tijdens de productie verloren. Hoeveel magnesium er in totaal verdwijnt, daarover lopen de meningen flink uiteen. Volgens een onderzoek uitgevoerd in opdracht van de Europese Unie – onderdeel van de Raw Material System Analysis (RMSA) – is in 2012 liefst 68 procent (gelijk aan 114 Kt) van het totaal aan magnesium in de EU weggegooid. De International Magnesium Association (IMA) stelt echter, op basis van een onderzoek uit 2017, dat ‘slechts’ zo’n 35 kiloton (op een totaal van 196.9 Kt geïmporteerd materiaal) in Europa verdwijnt. Dat zou 30 procent zijn van de eerder berekende 114 kT (kiloton). Een stuk minder, maar nog altijd veel.

Dr. ir. Antoinette van Schaik, eigenaar van adviesbureau Material Recycling and Sustainability (MARAS) B.V. en gepromoveerd in de autorecycling aan de TU Delft, heeft wel een verklaring voor het forse verlies van magnesium. “In de auto-industrie valt het verlies van magnesium nog wel mee. Bij elke auto – zeker wanneer die in Nederland is geregistreerd – wordt aan het einde van zijn leven het magnesium gescheiden en teruggewonnen voor de metaalindustrie. Bij consumentenelektronica is dat een ander verhaal. Daar verdwijnt magnesium simpelweg uit de keten. Die telefoon of elektrische tandenborstel kan namelijk ook worden weggegooid in plaats van ingeleverd. En tijdens het productieproces van magnesium gaat er inderdaad ook veel verloren, al wordt een deel ook weer ter plekke gerecycled.”

Recycling van magnesium
Gezien de verliezen van het metaal, de hoge prijs, het circulair oogpunt én de milieubelastende productie is het van belang dat magnesium wordt gerecycled. Gelukkig is dat betrekkelijk energiezuinig te doen.

De industrie hanteert zes klassen voor te recyclen magnesium en er worden vier mogelijke recyclingtechnieken gebruikt: naast directe extrusie en scheiding gaat het om een zoutbehandeling en distillatie. Het meeste van die recycling gebeurt in de Amerikaanse staat Indiana. Daar staat de recyclingfaciliteit van AMACOR (Advanced Magnesium Alloys Corporation) met een capaciteit van 50.000 MT op jaarbasis. Zij levert onder meer gerecycled magnesium aan General Motors, Ford en Chrysler (FCA).

Uitdagingen
Bij het recyclen van magnesium komen de nodige uitdagingen kijken. Het metaal lijkt in z’n gevoeligheid namelijk erg op aluminium, zegt Antoinette van Schaik. “Het is een oxidatief en reactief metaal en dus erg gevoelig voor verstoringen en verontreinigingen. Het recyclingproces van magnesium lijkt daardoor op dat van aluminium.” Als magnesium in een auto eenmaal verbonden is aan een ander materiaal – bijvoorbeeld samengevoegd met kunststof of andere metalen – is het in de recyclingfase moeilijk om het magnesium goed te scheiden. “Als aluminium of magnesium in andere dan de eigen fracties terechtkomt, zoals in staal of koper, dan gaat dit in de slak onherroepelijk verloren. Het magnesium en aluminium oxideert en kan dan niet worden teruggewonnen.”

 

“Magnesium is een oxidatief en reactief metaal en erg gevoelig voor verstoringen en verontreinigingen. Het recyclingproces lijkt daardoor op dat van aluminium”

 

Om het corrosiegevoelige karakter van magnesium te verkleinen zijn er tal van andere stoffen aan toegevoegd, zoals aluminium, nikkel, koper en silicium. De toevoeging van die stoffen maakt het energie-intensiever om het magnesium te recyclen. De magnesiumstroom bevat na scheiding vaak zoveel andere metalen, dat er nieuw magnesium of schoon schroot afkomstig uit de magnesiumproductie aan het gerecyclede magnesium moet worden toegevoegd om tot de juiste legeringskwaliteit te komen, aldus Van Schaik.

Kiezen voor magnesium
Een ander aandachtspunt is de inzameling van het afgedankte magnesium. Dat staat volgens de IMA nog niet zo goed op poten als bij de recycling van staal of aluminium. De IMA constateert op basis van haar onderzoek uit 2017 dat er op meer vlakken ruimte is voor de verbetering van de magnesiumrecycling in de Europese Unie. Volgens de IMA is slechts 7 procent van de magnesium-output wereldwijd gemaakt van gerecycled materiaal. Het stelt vast dat er meer magnesium uit een auto kan worden gewonnen door betere shredder- en sorteertechnieken. Van Schaik snapt goed dat dit een heikel punt is. “Er zit niet zoveel magnesium in een auto, dus er is op dit moment ook niet zoveel aandacht voor. Voor recyclingbedrijven moet het recyclen tenslotte ook wat opleveren. Het moet lonen om de stromen van elkaar te scheiden. Als je shreddert maak je materialen zoveel mogelijk vrij van elkaar om ze te kunnen scheiden, maar ook het productontwerp bepaalt in hoeverre dit mogelijk is. En je wilt het materiaal ook niet té fijn maken, want dan gaan andere materialen verloren en kan het niet meer gescheiden worden.”

Het is een balans tussen winst van magnesium en verlies van andere metalen. In metallurgische recyclingprocessen kunnen vanwege thermodynamica  – natuurwetten – niet alle materialen tegelijkertijd worden teruggewonnen. Het is de keuze van het bedrijf aan welk metaal het de voorkeur geeft. Die keuze wordt ook bepaald door de verkregen kwaliteit van de recyclingstromen uit shredderen en sorteren. Als aan de verwachte groei van magnesium in de autoproductie voldaan wordt – tot wel 5 procent van het totaalgewicht – dan kan dit veranderen. Dan zal de recycling van magnesium mogelijk gelijke tred gaan houden met die van aluminium.