Batterijen zijn de belangrijkste bouwstenen in het accupakket van elektrische voertuigen. De grondstoffen voor batterijen worden alleen steeds schaarser, waardoor het terugwinnen van waardevolle grondstoffen als kobalt, lithium, nikkel en mangaan bij recycling steeds belangrijker wordt.
Afgedankte batterijen uit elektrische auto’s, die via het ARN-beheerplan voor recycling zijn ingezameld en nog voor stationaire toepassingen in aanmerking komen, worden naar gespecialiseerde recyclingbedrijven als EcarACCU gebracht. Hier krijgen deze batterijen een tweede leven in onder andere boten of energieopslagsystemen. Pas als dergelijke toepassingen niet meer mogelijk zijn, worden de batterijen naar gespecialiseerde recyclingbedrijven afgevoerd, die grondstoffen als kobalt, lithium, nikkel en mangaan uit de batterij terugwinnen, zodat deze voor nieuwe toepassingen, zoals bijvoorbeeld een nieuwe batterij, gebruikt kunnen worden.
Nieuwe technologieën
Op dit moment is ARN in gesprek met verschillende Europese bedrijven, die interesse hebben in de recycling van de stroom afgedankte batterijen uit elektrische auto’s. Manager Batterijen Janet Kes: “In Europa wordt hard gewerkt aan nieuwe technologieën om waardevolle grondstoffen uit de batterij te halen. In plaats van de ruim 70 procent die we nu terugwinnen, zouden we daarmee in de toekomst ruim 80 procent of zelfs 90 procent van de grondstoffen uit batterijen kunnen terugwinnen.” Naast het verbeteren van de conventionele technologieën wordt er ook gemikt op nieuwe technologieën. “Omdat wij als ARN de afgedankte batterijen binnenkrijgen, zijn wij voor veel partijen achter deze technologieën een partij die daarvoor benaderd wordt.”
Ambities van Europese Unie
Janet vertelt dat bij het ontwikkelen van technologieën om de waardevolle grondstoffen uit batterijen terug te winnen vaak ook autofabrikanten zijn betrokken. “Zij delen de ambitie van de Europese Unie om de grondstoffen binnen Europa te houden en ervoor te zorgen dat de productie van nieuwe batterijen deels plaats gaat vinden met behulp van materialen uit oude batterijen. Onder meer om straks de beschikking te hebben over die schaarse grondstoffen.” Janet zegt bewust ‘straks’ want op dit moment is het aanbod van oude batterijen, waaruit waardevolle grondstoffen terug te winnen zijn, nog erg beperkt. “De technologie is er, maar het is heel duur omdat het aanbod van batterijen nog te klein is om een complete fabriek van te kunnen laten draaien. De verwachting is dat met een paar jaar het aanbod groter zal worden, omdat dan de eerste lading elektrische auto’s aan het einde van hun levensduur zullen zijn. Uiteindelijk zal er een constante aanvoer moeten komen naar recyclingfabrieken, die in eerste instantie zullen draaien op productie-afval van batterijproducenten aangevuld met afgedankte batterijen uit onder meer elektrische auto’s.
“De technologie is er, maar het is heel duur omdat het aanbod van batterijen nog te klein is om een complete fabriek van te kunnen laten draaien”
Samenwerkingspartner ARN
Met welke partij ARN in de toekomst gaat samenwerken, ligt nog open. “De volumes voor recyclingfabrieken zullen in eerste instantie gevormd worden door productieafval dat vrijkomt bij de productie van batterijen en uit afgedankte batterijen uit elektrische voortuigen. In Europa zijn hier grootse plannen voor.” Overigens zijn dit zowel partijen die werken met conventionele recyclingtechnologieën als partijen die werken met nieuwe methoden. Bij het merendeel van die partijen zijn de fabrieken waar het allemaal moet gaan gebeuren nog in aanbouw.
Pyrometallurgie en hydrometallurgie
Zoals eerder genoemd wordt momenteel 70 procent van de materialen uit batterijen hoogwaardig hergebruikt. ARN Quality assurance Susanne van Berkum: “De conventionele methode voor batterijrecycling is pyrometallurgie. Een thermisch behandelingsproces, dat smelten, destillatie en raffinage omvat. Met deze methode kunnen hoogwaardige materialen, zoals nikkel, kobalt en koper terug worden gewonnen. Batterijen worden in dit proces langzaam verwarmd, zodat plastics en oplosmiddelen worden verbrand en organisch materiaal wordt afgebroken. De metalen, zoals nikkel, kobalt, en koper, worden gescheiden door destillatie. Lithium en mangaan blijven als een bijproduct achter in de slakken. Innovatievere technologieën zetten meer in op hydrometallurgie. Dit proces wordt voorafgegaan door mechanische scheiding en het shredden van batterijen. Bij dit proces worden de grote metalen onderdelen gescheiden van de zogenaamde black mass; het gemengde kathode- en anodemateriaal. De hydrometallurgische stap is een chemisch uitloogproces, waarbij de black mass wordt opgelost in een zuur om kobaltsulfaat en zoveel mogelijk andere metaalzouten, maar ook het grafiet (anodemateriaal) terug te winnen.
Toe naar een circulaire keten
Susanne: “Bij hydrometallurgische processen ligt de focus op het scheiden van grotere metalen en plastic onderdelen van de black mass, zodat deze materiaalstromen bij de bron kunnen worden gescheiden. De black mass bevat de waardevolle grondstoffen die je wilt terugwinnen voor de productie van nieuwe batterijen. De partijen waar wij op dit moment mee samenwerken, verwerken deze black mass echter nog niet. Uiteindelijk moeten we naar een keten toe, die de producten die ontstaan bij hydrometallurgie, zoals metaalzouten, opnieuw gebruiken voor nieuwe batterijen.” Het wordt duidelijk dat al die fabrieken die nu in Europa in aanbouw zijn pas kunnen gaan draaien als er voldoende aanvoer is van afval (lees: productieafval en afgedankte batterijen), omdat het simpelweg nu te kostbaar is om de waardevolle grondstoffen uit die ‘enkele’ batterijpakketten te halen. “Alleen zo worden we circulair.”
“Bij hydrometallurgische processen ligt de focus op het scheiden van grotere metalen en plastic onderdelen van de black mass, zodat deze materiaalstromen bij de bron kunnen worden gescheiden”
ARN is een kleine speler
Janet benadrukt dat ARN in dit hele verhaal een kleine speler is. “Drijvende krachten zijn de Europese regelgeving en het elektrificeren van het wagenpark. Deze ontwikkelingen zorgen ervoor dat er steeds meer batterijen nodig zullen zijn voor elektrische auto’s. Doordat de grondstoffen voor die batterijen steeds schaarser worden – en daarmee de terugwinning uit batterijen steeds belangrijker – kom je voor Nederlandse batterijen van de deelnemende merken aan het ARN Beheerplan automatisch bij ARN uit. Wij zorgen immers voor de inzameling en verwerking van een aanzienlijk deel van de batterijen uit EV’s. Hiermee geven we invulling aan de producentenverantwoordelijkheid van startaccu’s en aandrijfbatterijen uit elektrische en hybride auto’s. Zo zorgen we er nu en in de toekomst voor dat de inzameling goed en veilig gebeurt en dat de batterijen naar partijen gaan die hoogwaardige en duurzame verwerking waarborgen.”
‘De ene batterij is de ander niet’
Janet en Susanne denken dat de nieuwe technologieën waarmee de waardevolle grondstoffen uit de oude batterijen worden teruggewonnen over een tot drie jaar beschikbaar zullen zijn. Als het zover is, zullen waarschijnlijk de recyclingkosten omlaaggaan. Susanne “Het zal steeds belangrijker worden wat er in een batterij zit en wat het waard is. De ene batterij is de andere namelijk niet.” Als je het over ontwikkelingen hebt, zijn naast het nog beter terugwinnen van grondstoffen ook batterijen zónder kobalt in opmars, zogenaamde ijzerfosfaatbatterijen. “Voordat die grootschalig aan recycling toe zijn, zijn we wel vijftien jaar verder”, lacht Susanne. Janet vult aan: “Er zullen altijd batterijontwikkelingen blijven. Gelukkig heeft de markt, dankzij de relatief lange levensduur van een batterij, de tijd om zich hierop aan te passen. Maar dat het terugwinnen van waardevolle grondstoffen uit batterijen de maatstaf wordt, staat volgens Janet en Susanne vast.
“Voordat die grootschalig aan recycling toe zijn, zijn we wel vijftien jaar verder”
Hoogwaardige grondstoffen
Kobalt, lithium, nikkel en mangaan zijn essentiële grondstoffen voor batterijen in accupakketten van elektrische auto’s. Alleen worden die grondstoffen steeds schaarser. In 2018 bleek uit een rapport van de Europese Commissie dat er een dreigend tekort is aan kobalt; een bijproduct in de ontginning van koper en nikkel. Dit wordt mede veroorzaak doordat het materiaal veelvuldig wordt gebruikt in lithium-ion batterijen van elektrische auto’s. Omdat we midden in een transitie naar elektrisch rijden zitten, neemt de vraag naar kobalt alleen maar toe. Alleen in de Europese Unie moeten in 2030 ruim 30 miljoen elektrische auto’s rijden. De verwachting is dan ook, om de afhankelijkheid van landen buiten de EU te verkleinen, dat er vanaf 2025 een tekort aan kobalt dreigt als het niet slimmer wordt teruggewonnen.
Binnen tien jaar tekort aan nikkel
Elke batterijcel bevat ongeveer een halve theelepel aan lithium. Omdat een batterijpakket 5.000 cellen telt, bevat elk batterijpakket dus zo’n tien kilo lithium. Van deze grondstof is er op het moment genoeg. Anders is het voor nikkel. Nikkelhoudende batterijen zijn kleiner en lichter en zorgen voor een hogere energiedichtheid en grotere opslagcapaciteit. Wat resulteert in een efficiënter batterijpakket. De verwachting is daarom dat het aandeel voor batterijen in de wereldproductie van nikkel sterk zal stijgen, waardoor er binnen tien jaar een tekort aan zal zijn. Ook omdat er voorlopig nog geen technologie bestaat die de capaciteiten van nikkel kan evenaren. Van mangaan is op het moment nog voldoende.
