De oplaadbare toekomst: waarom het recyclen van batterijen de sleutel is tot een circulaire economie

Klimaatneutraliteit bereiken betekent meer hernieuwbare energie produceren, slimmere elektriciteitsnetten hebben en die energie opslaan: het belang van batterijen staat buiten kijf. Een van de belangrijkste punten van kritiek op batterijen is hun verwerking aan het einde van hun levensduur. Niet alleen zijn er zeldzame materialen zoals lithium voor nodig om ze te maken, maar ook de verwijdering ervan is problematisch. Toch wordt er steeds meer gedaan aan circulariteit en recycling.

Naarmate de samenleving elektrificeert, zullen er meer batterijen beschikbaar komen voor recycling; laten we de sector van elektrische voertuigen (EV) als voorbeeld nemen. Volgens cijfers van adviesbureau Circular Energy Storage zal het wereldwijde volume aan EV-batterijen dat beschikbaar is voor recycling tussen 2030 en 2035 met 343% toenemen.

EU zet in op circulariteit

Europa wil het eerste volledig circulaire continent ter wereld worden. Daarom zet de EU in op ambitieuzere doelstellingen voor materiaalgebruik. EU-regelgeving schrijft voor dat batterijen circulairder moeten worden en streeft naar een hoger percentage aan gerecycled materiaal. Als onderdeel van de Critical Raw Materials Act moet tegen 2030 25% van het verbruik van strategische materialen - een lijst met onder andere lithium, koper en nikkel - afkomstig zijn van recycling. Gezien hun samenstelling legt deze regel strenge doelen op aan de batterij-industrie.

Tegelijkertijd stelt de Net Zero Industry Act een kader vast voor het verbeteren van het concurrentievermogen van de industrie in de EU op het gebied van belangrijke technologieën voor het koolstofvrij maken van de economie, waaronder de productie van batterijen. De wet is erop gericht om tegen 2030 een net-nul productiecapaciteit te bereiken om te voldoen aan ten minste 40% van de jaarlijkse inzetbehoeften van de EU.

Hydrometallurgie

Op Battery Day 2024, het Nederlandse batterij-ecosysteemevenement georganiseerd door Battery Competence Cluster, werden enkele van de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van batterijrecycling gepresenteerd. Lorenzo Botto, professor aan de Technische Universiteit Delft (TU Delft), ging in op een aantal onderzoeken van de academische instelling. Het hydrometallurgielaboratorium van de universiteit onderzoekt chemische processen om batterijen te recyclen. In tegenstelling tot mechanische recycling, waarbij onderdelen worden gesorteerd en materialen afzonderlijk worden teruggewonnen, maakt chemische recycling gebruik van chemische reacties om elementen te scheiden.

Hydrometallurgie gebruikt een oplossing op waterbasis om metalen te extraheren uit de zwarte massa van de batterijen - het resulterende poedermengsel nadat de batterijen zijn versnipperd. Stap voor stap zorgt dit proces voor de scheiding en het terugwinnen van alle mineralen in de stroom.

“Dit proces kan zeer effectief zijn, maar wordt door een aantal uitdagingen beperkt. De kosten zijn hoog en het bereiken van de beste materiaalzuiverheid is een uitdaging. Het opschalen van deze technologie, die voornamelijk op laboratoriumschaal is uitgevoerd, is een ander punt dat moet worden aangepakt,” benadrukt Botto.

Koolstofafvangen en opslaan: waar staan we nu?

Koolstofafvang en -opslag zal een belangrijke rol spelen bij het verminderen van de CO2-concentratie. In de derde aflevering van Road to 2050 doken we in dit onderwerp en de ontwikkelingen.

Read More

Bouwen aan het ecosysteem

Het project Green Transport Delta - Electrification (GTD-E) is gericht op het versnellen naar klimaatneutrale mobiliteit, het bevorderen van een circulaire economie en het versterken van de Nederlandse maakindustrie. Het initiatief brengt verschillende bedrijven en belanghebbenden in het batterij-ecosysteem samen.

Een aanzienlijk deel van het GTD-E project richt zich op het recyclen van batterijen. Susanne van Berkum van het Nederlands Instituut voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek (TNO) vertelde het publiek meer over het werk dat binnen het initiatief wordt gedaan. Een aandachtspunt is de beoordeling van recyclingmethoden, waarbij hydrometallurgie wordt gecombineerd met pyrometallurgie - een proces waarbij hitte bij hoge temperatuur wordt gebruikt om metalen terug te winnen.

Volgens de analyse zou het beter zijn om ons te richten op hydrometallurgie. Deze techniek heeft een paar belangrijke voordelen: betere lithiumterugwinning, lager energieverbruik en de zorgen over de gezondheids- en milieueffecten van pyrometallurgie.

Ontwerp voor hergebruik

Het ontwerp is cruciaal om het terughalen van materialen aan het einde van de levenscyclus van de batterij te vereenvoudigen. In steeds meer ontwerpen wordt rekening gehouden met de noodzaak om afgedankte voorwerpen opnieuw te gebruiken. “In het verleden ontwierpen we niet voor recycling”, zegt Ruud Balkenende, hoogleraar duurzaam ontwerpen aan de TU Delft.

Volgens hem is circulariteit een hulpmiddel, niet het doel dat de samenleving moet nastreven. De einddoelen zijn milieubescherming en bredere economische welvaart. Als gevolg daarvan is het ontwerp een afweging tussen technologie, gebruikerservaring en zakelijke perspectieven.

De professor schetste ook enkele ideeën voor het stimuleren van circulariteit bij de ontwikkeling van EV-batterijen. “Streef naar voldoende batterijcapaciteit; groter is niet per se nuttig. Denk aan de rol van deze accu's in het stabiliseren van het elektriciteitsnet en alle andere gebruikssituaties van voertuig naar voertuig. Denk aan de verschuiving van nikkel kobalt mangaan (NMC) chemie naar lithium ijzer fosfaat batterij (LFP),” stelde hij voor.

Hoewel beide veel lithium gebruiken, zijn LFP-batterijen niet afhankelijk van andere kritieke materialen zoals nikkel en kobalt. Hoewel dit gebrek aan kritieke materialen ze minder aantrekkelijk maakt voor recycling, maken hun langere levensduur en stabiliteit ze geschikt voor second-life toepassingen zoals stationaire opslag.

Naarmate elektrificatie voortschrijdt, zal wetenschappelijk onderzoek naar batterijrecyclingtechnieken volgen en helpen bij het terugwinnen en hergebruiken van batterijmaterialen. Dit zou een robuuster batterij-ecosysteem creëren en de afhankelijkheid van het buitenland verminderen.