managing21.be

Om de overstap naar elektrische mobiliteit mogelijk te maken, zullen een aantal cruciale maatregelen moeten worden genomen. Daarbij zal vooral de omgang met grondstoffen van uiterst groot belang zijn. Dat zeggen wetenschappers van het Norwegian University of Science and Technology. Onder meer wordt gesuggereerd dat zoveel mogelijk op kleinere, lichte elektrische voertuigen moet worden overgeschakeld. Naast het opvoeren van de productie van grondstoffen zijn volgens de onderzoekers een betere recyclage en een overstap op alternatieven eveneens aangewezen.

De onderzoekers hebben het model MaterIal Demand and Availability (Matilda) ontwikkeld, dat inzicht wil geven in de stromen van deze grondstoffen en op basis van meer dan 8.000 scenario’s aangeeft met welke strategieën de vraag kan worden beperkt.  “De samenleving heeft dringend behoefte aan systemische benaderingen voor de aanpak van de aanvoerproblemen”, stippen de Noorse wetenschappers aan. “Instrumenten zoals Matilda kunnen voor de industrie en beleidsmakers een cruciale rol vervullen om strategieën voor veilige en veerkrachtige aanvoerketens van cruciale grondstoffen te ontwikkelen.”

Ingrijpende veranderingen

De meeste scenario’s voor het uitstootvrij maken van de transportsector beschouwen elektrische voertuigen als een hoofdonderdeel van de oplossing”, zegt onderzoeksleider Fernando Aguilar Lopez, materialenexpert aan het Norwegian University of Science and Technology. “Er zijn enorme hoeveelheden grondstoffen nodig om voldoende batterijen te bouwen en een overgang naar emissiearme voertuigen te waarborgen. Maar vooral de toegang tot lithium is cruciaal, omdat dit product in alle soorten batterijen wordt gebruikt.”

Elektrische wagens brengen ook nieuwe uitdagingen voor de mijnindustrie. (Foto: Stefan Schweihofer/Pixabay)

“Het lijkt zeer waarschijnlijk dat er een aanzienlijk tekort aan lithium zal ontstaan. De sleutel ligt bij de vraag, die moet dalen om bevoorradingsproblemen op lange termijn te vermijden. De wereld herbergt enorme voorraden lithium, maar de grondstof kan niet snel genoeg wordt ontgonnen om de vraag naar lithium-ion batterijen (LIB’s) voor elektrische voertuigen bij te houden. Als gevolg daarvan kunnen er in de aanvoer belangrijke haperingen – mogelijk gedurende een periode van tientallen jaren – opduiken.

De analyse van de Noorse wetenschappers maakt duidelijk dat ingrijpende maatschappelijke veranderingen en verschuivingen in de levensstijl de meest efficiënte maatregelen zijn om de risico’s voor de materiaalvoorziening te verminderen. “Om een buitensporige vraag naar de afzonderlijke metalen te vermijden, moet worden geïnvesteerd in een breder scala van nieuwe batterijtechnologieën”, beklemtonen de onderzoekers.

“Tevens moet het streven naar grotere en zwaardere elektrische wagens worden afgebouwd. Er zou integendeel meer gebruik gemaakt moet worden van het delen van kleinere wagens, die met kleinere batterijen kunnen worden uitgerust. Het verlengen van de levensduur van voertuigen en batterijen door hergebruik en vervanging te vergemakkelijken zal eveneens van cruciaal belang zijn om de vraag naar grondstoffen te verminderen.”

Een vermindering van de vraag naar bepaalde materialen kan de druk op andere grondstoffen echter doen toenemen. De studie toont een aantal van de consequenties wanneer dit met kobalt, nikkel of lithium zou gebeuren. “Wanneer de industrie op een bepaald ogenblik collectief op een nieuwe technologie zou overschakelen, kunnen nieuwe knelpunten worden gecreëerd”, werpt Lopez op. “Dat zou onder meer kunnen gebeuren met een overschakeling naar batterijen op lithium-ijzerfosfaat (LFP), waarover momenteel gewag wordt gemaakt.”

“Twee jaar geleden kondigden fabrikanten zoals Volkswagen, Volvo en Tesla aan van plan te zijn om de LFP-technologie toe te passen. Deze batterijen bevatten geen problematische, dure grondstoffen zoals kobalt en nikkel. Het nadeel is dat ze een grote consumptie van fosfor, een essentiële grondstof voor de kunstmestindustrie, vereisen. Een stijging van de vraag in de autosector kan een basis vormen voor prijsschokken, waardoor kleine landbouwers zouden kunnen worden getroffen en de voedselprijzen sterk zouden kunnen oplopen.” 

Recyclage vergt geduld

De studie voert verder aan dat recyclage weliswaar noodzakelijk is, maar de druk op de grondstoffen de volgende tien jaar niet significant zal verminderen. “Onze elektrische voertuigen zijn nog redelijk nieuw en pas over tien tot vijftien jaar zullen er genoeg voertuigen worden afgedankt voor recycling”, stellen de onderzoekers.

“Het blijkt echter dat de primaire vraag kan worden verminderd door de efficiëntie van de recyclage van lithium, aluminium, mangaan en fosfor te verbeteren. Momenteel is de herwinning van deze materialen economisch onrendabel. Bovendien zijn ze ook niet opgenomen in de meest recente batterijregelgeving van de Europese Unie. Zonder de nodige stimulansen om deze materialen terug te winnen, zullen ze waarschijnlijk verloren gaan.”

“Een belangrijk probleem is dat de voorgestelde Europese regelgeving uitsluitend op de aanbodzijde is gericht en geen betrekking heeft op de vraag. Dit betekent dat broodnodige veranderingen niet actief worden aangemoedigd. In de Verenigde Staten zal naar verwachting de helft van de nieuw verkochte auto’s aan het eind van dit decennium elektrisch zijn aangedreven.”

“In de Europese Unie moeten tegen het midden van het volgende decennium alle nieuw verkochte auto’s elektrisch zijn. Verschillende autofabrikanten hebben gezegd dat ze enkele jaren voor deze deadline de overstap kunnen maken. Dit betekent dat we in een sneltreinvaart regelrecht op een flessenhals in de bevoorrading afstevenen, tenzij er snel maatregelen worden genomen om de productie van grondstoffen voor batterijen op te voeren.”

Volgens de studie is de capaciteit van het gemiddelde accupakket in de Verenigde Staten bijna verdrievoudigd sinds de eerste Nissan Leaf tien jaar geleden op de weg kwam. “We rijden in steeds grotere, zwaardere wagens met enorme batterijpakketten. Tegelijkertijd worden deze voertuigen slechts 5 procent van de totale tijd actief gebruikt”, werpt Lopez op. “De rest van de tijd staat die vloot geparkeerd. Slechts een kleine minderheid van de chauffeurs legt dagelijks een afstand van meer dan 45 kilometer af.”

Stedelijk design

Lopez zegt veel aanwijzingen te zien dat minder mensen een eigen auto hoeven te bezitten. “Grote delen van de bevolking zou genoegen kunnen nemen met het delen van kleinere voertuigen. Er zijn meer elektrische wagens nodig met batterijen van dertig tot veertig kilowattuur, terwijl deze wagens nu vaak is uitgerust met accu’s tussen zestig en honderd kilowattuur. In Noorwegen is inmiddels beslist om de grootste en duurste elektrische auto’s niet langer te subsidiëren. Dit is een voorbeeld van een krachtige maatregel die indirect kleinere auto’s bevoordeelt. Ook elders kunnen dergelijke maatregelen worden ingevoerd.

De onderzoekers benadrukken dat de wereld tegen midden volgend decennium meer dan driehonderd nieuwe lithiummijnen nodig heeft om aan de vraag te voldoen. De prijzen zijn in enkele jaren tijd met honderden procenten gestegen. Er is grote belangstelling voor de ontginning van de noodzakelijke grondstoffen, maar op een aantal locaties is de opstart van nieuwe mijnen al op grote weerstand gebotst.”

In Europa is de jongste lithiummijn ongeveer tien jaar geleden geopend. Volgens sommige rapporten kan het wel twintig jaar duren vooraleer een volgend project kan worden gelanceerd. “In een ideaal scenario hadden we ons twintig jaar geleden al op deze situatie moeten voorbereiden”, zegt Lopez.

Bovendien wijzen de Noorse wetenschappers erop dat de nieuwe studie alleen rekening houdt met het verbruik van hulpbronnen door particuliere voertuigen. “Maar ook bussen, schepen en treinen schakelen met behulp van batterijen over op elektriciteit”, verduidelijken ze. “Ook de machinebouw zal belangrijke veranderingen doormaken.”

“De hele mijnbouwsector kent een volledige verschuiving naar elektrificatie en automatisering. Deze extra eisen zouden de knelpunten bij de levering van grondstoffen snel kunnen verergeren. De doelstellingen die door de autoriteiten zijn gesteld, zouden hierdoor problematisch kunnen worden. Dit zou ook een aanzienlijke bedreiging voor de klimaatdoelstellingen kunnen vormen.”

Hoewel de ontwikkeling van uiterst efficiënte vastestofbatterijen veelbelovend is, zullen ook zij volgens Lopez de crisis in de lithium-voorziening niet kunnen oplossen. “Eigenlijk kan deze toepassing de situatie nog verergeren, want daarvoor zijn per kilowattuur eigenlijk meer hoeveelheden lithium nodig”, werpt hij op. “In sommige gevallen is er zelfs sprake van nagenoeg een verdubbeling.”

“Brandstofcellen op waterstof worden anderzijds een volwassen technologie, maar zijn bijzonder duur. Dit alternatief zal veel efficiënter zijn in grote schepen en andere zware vormen van transport. Natrium-ion batterijen, die geen lithium nodig hebben, vormen een ander veelbelovend alternatief. Deze technologie bevindt zich in een vroeg stadium van onderzoek en ontwikkeling, waardoor een concrete toepassing nog wel geruime tijd op zich zal laten wachten. Waar ook gekeken wordt, er duiken steeds opnieuw uitdagingen op.”

Om een dreigende lithiumcrisis te vermijden, moet volgens Lopez best naar het stedelijk design worden gekeken. “Steden moeten voor mensen, niet voor auto’s, worden ontworpen”, benadrukt hij. “Kijk naar steden zoals Zürich, Wenen, Parijs of Oslo. Op veel plaatsen worden grote stappen gezet om aangenamere stedelijke gebieden te creëren en meer mensen te verleiden de auto te laten staan. Er is daarvoor ook noodzaak aan een specifieke regelgeving, die ook nog door de bevolking wordt geaccepteerd.”

Meer over dit onderwerp:

• Stellantis Investment investeert in ontwikkeling alternatieve batterij-technologie.
• Olieproducent ExxonMobil stapt in de ontginning van lithium in het zuiden van Arkansas.
• Ook lithium heeft een belangrijke impact op het leefmilieu.
• Ford Motor sluit contract voor aanvoer lithium hydroxide vanuit Salton Sea.
• Polen is na China de grootste fabrikant van batterijen voor elektrische wagens.