Een goudmijn in de stad

Gepubliceerd op 09 augustus 2019

Met de flinke groei van de verkoop van het aantal elektrische voertuigen in Europa wordt ‘urban mining’ van batterijgrondstoffen als lithium en kobalt steeds belangrijker. De Belgische materiaalrecycleraar Umicore haalt via een innovatieve techniek zo’n twintig waardevolle metalen uit e-waste en afgedankte lithium-ion batterijen.


Tekst Jens Holierhoek

Fotografie Umicore

Volgens de Electric Vehicle Outlook (EVO) van het toonaangevende Amerikaanse onderzoeksbureau BloombergNEF worden er in 2030 op jaarbasis wereldwijd 30 miljoen elektrische auto’s verkocht. Als de voorspellingen kloppen, maakt het aantal EV’s een enorme groei door. Ter vergelijking: in 2017 telde de wereld slechts 1,1 miljoen elektrische auto’s. Nog een opzienbarend getal; per jaar worden er wereldwijd 2 miljard mobieltjes geproduceerd. Naast vele miljoenen computers, tablets en andere elektrische apparatuur. Het Wereld Economisch Forum verwacht dat de jaarlijkse e-waste (afgedankte elektronische apparatuur) zal stijgen van 50 miljoen ton nu naar 120 miljoen ton in 2050. Om aan te geven hoeveel 50 miljoen ton is: dat zijn 4.500 Eiffeltorens.

Ecologisch kwetsbaar

Al die elektrische auto’s, smartphones en computers samen vormen een enorme belasting op de grondstoffenvoorraden in de wereld. Als er al genoeg van het kostbare materiaal in de aardkorst voorkomt, dan is er vaak een energieslurpend, weinig efficiënt en vervuilend proces nodig om het nodige goud, zilver, kobalt of lithium te verkrijgen. Dat weet ook Thierry van Kerckhoven, Global Supply Manager bij materiaalrecycleraar Umicore: “De mijnbouwindustrie moet nu al dieper graven om gouderts te vinden. Wat ze vinden heeft een lagere koper- of goudconcentratie. Ook vindt steeds vaker mijnbouw plaats op locaties die ecologisch kwetsbaar zijn.”

Urban mining

Het besef dat we waardevolle materialen als goud, platinum, zilver, koper, palladium, lood, nikkel, kobalt, tin en antimonium niet uit een kilometersdiepe put moeten halen is al geland in de industrie. De andere, aangewezen (goud)mijn is de stapel afgedankte mobieltjes, elektronische apparatuur en (EV)-batterijen. Het terugwinnen van schaarse materialen uit afgedankte consumptiegoederen heet dan ook treffend: ‘urban mining’. Een ton aan mobieltjes is goed voor 250 gram goud. Dat is een veelvoud van wat je in de grond vindt. Daar haal je slechts twee tot drie gram goud uit een ton aarde. Urban mining heeft veel potentie. In de toekomst kan het – naar schatting – voorzien in 30 tot 40 procent van de wereldwijde vraag naar waardevolle grondstoffen.

Urban mining heeft veel potentie. In de toekomst kan het – naar schatting – voorzien in 30 tot 40 procent van de wereldwijde vraag naar waardevolle grondstoffen

Van mijn naar stad

Het Belgische Umicore is een bedrijf dat zich het ‘urban mining’ al eigen heeft gemaakt.Daarvoor heeft het ‘specialistische materialenbedrijf’ zoals het zich noemt, zichzelf wel opnieuw moeten uitvinden. Umicore begaf zich de afgelopen twee eeuwen voornamelijk in zink- en kopermijnen verspreid over de wereld. Eind jaren tachtig komen de diverse dochterbedrijven samen onder één naam Union Minière. Het doet de mijnbouwactiviteiten van de hand en in 2001 krijgt de Brusselse multinational de huidige naam Umicore, als definitief bewijs dat het smelten en ontginnen van materialen op de ouderwetse manier verleden tijd is. Umicore heeft zich in sneltreinvaart omgetoverd van een vervuilende, weinig winstgevende organisatie naar een innovatieve duizendpoot. Vandaag de dag is het groot als leverancier van materialen voor autokatalysatoren, lithium-ion batterijen en fotovoltaïsche technologieën.

Closed loop

Umicore zweert bij een closed-loop businessmodel. Het doel is om ruwe metalen terug te winnen en opnieuw te gebruiken. Inmiddels is het in staat om meer dan twintig elementen te verkrijgen uit het binnengekomen e-waste, waaronder waardevolle en schaarse metalen. Innovatie speelt daarbij een grote rol, en daarom investeren ze jaarlijks vijf tot zeven procent van de opbrengsten in onderzoek en ontwikkeling. Ongeveer 85 procent van deze investeringen zijn bestemd voor onderzoeken naar schone mobiliteit. Katalysatoren die luchtvervuiling verminderen en herlaadbare batterijen die elektrisch transport mogelijk maken.

Verzamelmetalen

Het e-waste dat bij Umicore komt – mobiele telefoons, computers en autokatalysatoren – gaat waar nodig de shredder in. Daarna gaat het meteen naar de smelter. Door het smelten ontstaan er twee fracties: eentje op loodbasis en eentje op koperbasis. Het zijn beide ‘verzamelmetalen’, want ze trekken door hun chemische eigenschappen elk andere soorten metalen aan. Koper werkt als een ‘magneet’ voor edelmetalen als zilver en goud terwijl lood graag samenklit met de basismetalen (lood, tin en antimonium en speciale metalen als indium, selenium en tellurium). Vervolgens scheiden ze de fracties verder. Aan het einde van de rit zijn er zo’n twintig metalen teruggewonnen. Daaronder zeven edelmetalen en tien basismetalen.

Batterijrecycling

Umicore recyclet sinds 2006 naast e-waste onder meer lithium-Ion (li-ion) batterijen, zoals uit elektrische auto’s. Een business met toekomst. Uit de batterijen herwinnen ze waardevolle materialen die men gebruikt in kathode-materialen voor de productie van nieuwe herlaadbare batterijen. De faciliteit in Hoboken (Antwerpen) is met 7.000 ton capaciteit een van de grootste recyclinginstallaties voor li-ion en NiMH-batterijen in de wereld. 7.000 ton staat gelijk aan ongeveer 250 miljoen batterijen uit mobiele telefoons, 2 miljoen e-bike batterijen óf 35.000 EV-batterijen.

De batterijrecyclingmethodes die Umicore gebruikt is door henzelf ontwikkeld en is daarmee uniek in de industrie. Umicore combineert een pyro-metallurgische behandeling met een hoogmodern hydro-metallurgisch proces, waardoor alle soorten li-ion en NiMH batterijen milieuvriendelijk kunnen worden gerecycled. In de pyro-metallurgische fase worden de batterijen in drie fracties gescheiden: in een legering, een slak én, jawel, schone lucht. De legering bevat waardevolle metalen als kobalt, nikkel of koper die in het daaropvolgende hydro-metallurgische proces verder kunnen worden teruggewonnen. Er is ook een deel dat gebruikt kan worden in constructie-industrie of waaruit metaal kan worden herwonnen. De slak uit de li-on batterijen kunnen ze toevoegen aan de standaard lithium-stromen, waarbij externe partners de lithium herwinnen. De derde fractie is schone lucht, het resultaat van een uniek gasbewerkingsproces. Het systeem produceert immers geen dioxines en ook vangt Umicore het fluor veilig op. Verder gebruikt Umicore de energie die de batterijcomponenten vrijgeven. Plastics, metalen en elektrolyt vervangen fossiele brandstoffen.

In het daaropvolgende hydro-metallurgisch proces volgt verdere raffinage van de legering, waarin Umicore de afzonderlijke metalen terugwint voor hergebruik in nieuwe herlaadbare batterijen.

Efficiënt proces

Volgens Charles Stuyck, Global Commercial Manager bij Umicore Battery Recycling troeft het bedrijf met de zelfontwikkelde recyclingproces voor batterijen de concurrentie af. “Uit onderzoek blijkt dat ons proces de hoogste recovery yields behaalt. Hoger dan via een mechanische scheidingstechniek. Een ander verschil met grote concurrenten is dat wij geen voorbewerking hoeven te doen, zoals shredding of ontlading, we kunnen batterijen rechtstreeks voeden in de oven. Alle mogelijke gevaarlijke reacties vinden plaats in een gecontroleerde omgeving.” Stuyck noemt de methode van Umicore dan ook veilig en milieuvriendelijk ‘by design’. Het zit bij het ontwerp ingebakken. “We halen de waardevolle onderdelen eruit. Alle andere materialen worden onschadelijk gemaakt, er blijven geen schadelijke en potentieel toxische stoffen over, die worden allemaal verwijderd. Het deel dat vooralsnog afval blijft in het proces is 3 tot 4 procent van het inputgewicht. Dat is voornamelijk fluor.”

“Als we naar de volumes gaan die de auto-industrie voorspelt, hebben we een technologie nodig die schaalbaar is”

Schaalbaarheid

Het derde verschil is de schaalbaarheid, zegt Stuyck. “We werken nu op een schaal van 7.000 ton per jaar, maar we gaan op termijn zo’n 100.000 ton per jaar. En eigenlijk hebben we dan alleen eenzelfde soort installatie nodig, maar dan groter. Dat biedt heel veel schaalvoordelen. Als je naar de volumes kijkt die de auto-industrie voorspelt, heb je echt iets nodig dat schaalbaar is.” Onder meer BMW en Audi profiteren van de batterijrecyclingstechnologie van Umicore. Sinds het najaar van 2018 hebben de Duitse automerken samen met Umicore een closed loop opgezet of werken ze er nog hard aan.