De risico’s en uitdagingen van lithium-ion batterijen

Naast de menselijke tragedie van de instorting van de brug in Baltimore, is er ook een milieuprobleem in opkomst.

Het vrachtschip dat een van de pijlers van de Francis Scott Key Bridge raakte, vervoerde 764 ton gevaarlijke stoffen, waaronder corrosieve vloeistoffen en lithium-ion batterijen.

De eerste hulpverleners merkten een ‘glans’ van het water op en zoals de Washington Post opmerkt, proberen onderzoekers de korte- en langetermijneffecten van de botsing op de lokale waterwegen te achterhalen.

Hoewel de instorting van de brug in Baltimore een incident is dat nog onderzocht wordt, herinnert het ons aan de risico’s die lithium-ion batterijen vormen voor ons milieu in een wereld die ze vaak behandelt als wegwerpartikelen.

Er zijn tegenstrijdige cijfers over hoeveel procent van de batterijen wordt gerecycled zodra ze het einde van hun levensduur hebben bereikt. – 5% is het drastische cijfer dat soms wordt genoemd, hoewel het een ouder cijfer blijkt te zijn dat al meer dan tien jaar circuleert en geen rekening houdt met de toegenomen waakzaamheid rond recycling of de industrie die is ontstaan om de waarde van afgedankte batterijen te benutten.

Techopedia sprak met experts op het gebied van recycling van lithiumbatterijen en de sector voor duurzaam beheer om inzicht te krijgen in de bedreigingen die lithiumbatterijen vormen en wat er gebeurt om de recyclingprocessen voor lithiumbatterijen te verbeteren.

De wereldwijde recycling van lithiumbatterijen en de impact ervan

De lithiumbatterijsector wordt geconfronteerd met verschillende paradoxen. Hoewel de sector belooft schone energiebronnen te leveren voor de wereldwijde verschuiving naar groene energie, ontkomen we er niet aan dat de winning van lithium en de productie van batterijen in hoge mate bijdragen aan koolstofemissies en energieverbruik.

Het Institute for Energy Research legt uit dat de verwijdering van batterijen een bedreiging vormt voor het milieu.

“Als de batterij op een stortplaats terechtkomt, kunnen de cellen ervan giftige stoffen afgeven, waaronder zware metalen die in de bodem en het grondwater kunnen lekken.”

CAS, een afdeling van de American Chemical Society, schatte in 2022 dat elk jaar 8 miljoen ton lithium-ionafval op stortplaatsen terechtkomt.

Techopedia sprak met Elliott Ethridge, Vice President of Global Sales van Ecobat, een toonaangevend wereldwijd recyclingbedrijf voor lithiumbatterijen dat onlangs de krachten bundelde met Volkswagen?om lithiumbatterijen te recyclen in zijn faciliteiten, over de kwestie.

“Lithium-ion batterijen bevatten vaak nikkel, kobalt en mangaan, die giftig kunnen zijn als ze niet op de juiste manier worden behandeld. Wanneer ze gestort worden, kunnen deze metalen uitlogen en uiteindelijk de watervoorziening en lokale ecosystemen aantasten”.

Ethridge legt uit dat de potenti?le energie die in deze batterijen is opgeslagen tot brand kan leiden als er niet op de juiste manier mee wordt omgegaan.

“Daarom is het van cruciaal belang dat deze batterijen met de juiste zorg en expertise worden teruggewonnen en gerecycled. Dit zorgt voor een minimale impact op het milieu en biedt de mogelijkheid om deze eindige metalen opnieuw te gebruiken in batterijtoepassingen.”

Fran?ois-Michel Colomar, hoofd Externe Betrekkingen bij Adionics – een cleantech gespecialiseerd in vloeistof/vloeistof directe lithiumextractie en batterijrecycling – sprak ook met Techopedia.

“Door lithiumbatterijen te recyclen kunnen we het toxiciteitsrisico beperken en zelfs elimineren,” zei Colomar.

“Recycling zal ook de deur openen naar ‘urban mining’ en zo de uitputting van grondstoffen vertragen, de koolstofvoetafdruk verkleinen en de kosten verlagen voor het transport van bijvoorbeeld grondstoffen uit mijnbouwlanden.”

Tekorten, kansen en innovatie

In het rapport Lithium-ion batterijmarkt: “Trends, Opportunities, and Competitive Analysis to 2030” zegt dat de industrie van lithium-ionbatterijen aan een significante opleving bezig is. De industrie zal naar verwachting een sprong maken naar een geschatte 340,4 miljard dollar in 2030, een groei die wordt aangevuld door een indrukwekkend samengesteld jaarlijks groeipercentage (CAGR) van 17,6% tussen 2024-2030.

Gedreven door nieuwe technologie?n, apparaten, het internet of things, projecten voor batterijopslag en de vraag naar EV’s, zijn lithium-ion batterijen een “centrale pijler in het moderne energielandschap”, concludeert het rapport.

Maar ondanks de enorme groei van de markt heeft de industrie nog steeds te maken met grote hiaten en tekorten op het gebied van duurzaamheid, verantwoorde mijnbouw en recycling.

We vroegen Ethridge van Ecobat wat de belangrijkste kansen en uitdagingen zijn bij het recyclen van lithiumbatterijen.

“Variabelen zoals de chemische samenstelling, de vormfactor en de gezondheidstoestand dragen allemaal bij aan de technische uitdagingen die inherent zijn aan het verwerken, opslaan en recyclen van een batterij.”

“Bovendien hebben lokale, federale en regionale overheidsvoorschriften invloed op de manier waarop een batterij moet worden gerecycled,” aldus Ethridge. “Tot slot zullen marktkrachten de winstgevendheid van recycling be?nvloeden.”

“Recyclers moeten goed op de hoogte zijn van de regelgeving, beschikken over chemie- en vormfactoronafhankelijke recyclingprocessen en in staat zijn om op het juiste tempo te schalen om een duurzaam bedrijfsmodel op lange termijn te kunnen handhaven.”

Technologie die de effici?ntie van batterijrecyclingprocessen verhoogt, kan veel voordelen opleveren.

Colomar van Adionics legt uit dat het bedrijf zich wil positioneren in de batterijrecyclingmarkt met behulp van zijn bestaande technologie, die is ontworpen om lithium te winnen uit natuurlijke pekel (lagere CO2-voetafdruk vergeleken met mijnen in hard gesteente), maar ook bijdraagt aan de circulaire economie.

Colomar legt uit dat deze technologie de druk op de hulpbronnen van de lithiumdriehoek zou verminderen, de afhankelijkheid van landen zonder grondstoffen zou verminderen door het hergebruik van lithium uit gebruikte batterijen mogelijk te maken, en een positieve impact op het milieu zou hebben.

“De uitdagingen zijn om een technologie te ontwikkelen die de hoogste terugwinning van lithium met de beste kwaliteit mogelijk maakt, zodat het lithium direct kan worden hergebruikt voor de productie van nieuwe batterijen.”

Colomar is het ermee eens dat de huidige wetten en regels ook een grote uitdaging vormen.

“De regelgevende en beleidskaders zijn belangrijk, in het geval van Europa bijvoorbeeld zal regelgeving die aandringt op recycling, op traceerbaarheid van grondstoffen en op een beperkte CO2-voetafdruk, de inspanningen en investeringen van de industrie aanmoedigen.”

De evoluerende lithiumbatterijtechnologie

Hoewel lithium-ion-accu’s wereldwijd een gevestigde technologie zijn, zijn het ontwerp, de technologie en de onderdelen van accu’s voortdurend in ontwikkeling en worden ze steeds beter. In de afgelopen jaren hebben bedrijven en wetenschappers de lithiumbatterijtechnologie naar nieuwe niveaus getild, op zoek naar verbetering van effici?ntie, prestaties, duurzaamheid en levenscyclus.

Van snellaadbare lithiumzwavelbatterijen met hoge dichtheid tot batterijen die 100% aluminium en 98% lithium kunnen terugwinnen, of NASA’s solid-state batterijen, die lithium vervangen en de energieproductie kunnen verdubbelen of zelfs verdrievoudigen, de moderne batterijsector neemt nog steeds zijn definitieve vorm aan met nieuwe technologie in opkomst.

Ethridge zei dat bedrijven in de hele waardeketen zoeken naar manieren om de veiligheid en duurzaamheid van deze batterijmaterialen te verbeteren.

“Scheepvaartbedrijven investeren in gespecialiseerde containers die zijn uitgerust met brandbestrijdingstechnologie. Ontwerpers van cellen en packs onderzoeken nieuwe ontwerparchitecturen waarmee individuele modules kunnen worden gediagnosticeerd en verwisseld.

 

“Metaalterugwinningsmethoden worden geoptimaliseerd, zowel op het niveau van zwarte massa als op het niveau van hydro-metaal. En er wordt voortdurend onderzoek gedaan naar nieuwe, duurzamere batterijchemicali?n.”

De technologie die bedrijven die batterijen recyclen ontwikkelen

Steve Cotton, CEO van Aqua Metals – het beursgenoteerde bedrijf (Nasdaq: AQMS) dat gespecialiseerd is in closed-loop metaalrecycling om ‘s werelds zuiverste metalen te produceren – sprak met Techopedia over zijn visie op batterijrecycling.

“De milieudreiging van lithium-ionbatterijen aan het einde van hun levensduur is aanzienlijk, maar kan worden aangepakt.”

“De verwachte 6,5 miljoen ton batterijen die tussen 2025 en 2030 beschikbaar komt voor recycling onderstreept de dringende behoefte aan duurzame recyclingpraktijken,” zei Cotton.

“Storten is geen haalbare optie vanwege het risico op brandgevaar en het verlies van waardevolle materialen die kunnen worden teruggewonnen en in de toeleveringsketen kunnen worden teruggebracht, waardoor er minder nieuwe grondstoffen hoeven te worden gewonnen.”

Cotton zei dat Aqua Metals zich nu richt op het ontwikkelen en inzetten van recyclingtechnologie?n die niet alleen de milieurisico’s beperken, maar ook een circulaire economie voor kritieke batterijmaterialen ondersteunen.

“Het recyclen van lithium-ion batterijen biedt aanzienlijke kansen en uitdagingen. Volgens het Amerikaanse Ministerie van Energie kan recycling tegen 2030 voorzien in een derde van de nationale behoefte aan kathodemateriaal. Het biedt een sneller en duurzamer alternatief voor nieuwe mijnbouwactiviteiten en kan mogelijk worden ge?ntegreerd in de productieprocessen van batterijen.”

Cotton zei echter dat de belangrijkste recyclingmethoden, waaronder pyrometallurgie en hydrometallurgie, milieu- en veiligheidsproblemen opleveren vanwege hun afvalproductie en vervuiling.

“Hydrometallurgie kan bijvoorbeeld 1,65 tot 2,4 ton natriumsulfaatafval opleveren per ton gerecyclede batterijmassa, wat de behoefte aan schonere recyclingtechnologie?n onderstreept”, aldus Cotton.

Cotton legde uit dat hun technologie een andere benadering heeft: het is een elektrisch aangedreven, op water gebaseerd procestechnologie die vervuiling tijdens het recyclen kan minimaliseren en de risico’s van traditionele recyclingmethoden kan verminderen.

“Innovatieve projecten die oplossingen bieden voor het einde van de levensduur van lithiumbatterijen komen steeds vaker voor. Om de effici?ntie en duurzaamheid van het recyclen van lithiumbatterijen te verbeteren, zijn aanzienlijke verbeteringen nodig om de huidige afval- en emissieproblemen aan te pakken.”

Voldoen aan de vraag van de recyclingmarkt

Terwijl Ecobat gebruik maakt van de mogelijkheden die batterijrecycling biedt en werkt aan de opening van nieuwe fabrieken in Hettstedt in Duitsland en Casa Grande in Arizona daarnaast is er een derde fabriek die gepland staat voor Darlaston, Verenigd Koninkrijk, zegt Ethridge dat de vraag naar lithiumbatterijmaterialen blijft groeien.

“De markt zal een consistente evolutie vragen in zijn vermogen om deze batterijen op een circulaire manier te produceren, transporteren, optimaliseren en uiteindelijk te recyclen. Samenwerking op elk punt in de waardeketen zal cruciaal zijn.”

Ethridge voegde eraan toe dat deze evolutie en de ontwikkeling van een circulaire waardeketen ook voortdurende educatie over gevaarlijke materialen vereist, terwijl wetgevers en overheden zoeken naar rechtvaardige en evenwichtige manieren om de markt te reguleren voor duurzaam succes.

Colomar van Adionic vertelde Techopedia dat het bedrijf nu werkt aan een aanpassing van zijn technologie waardoor lithium eerder kan worden gerecycled dan alle andere metalen in de batterij.

“Dit zal ons in staat stellen om de hoeveelheid teruggewonnen lithium te vergroten (vandaag de dag kan er wat lithium verloren gaan tijdens het terugwinningsproces van elk metaal, nikkel, kobalt, enz.

Colomar legt uit dat deze innovatie de zuiverheid van het gerecyclede lithium zal verhogen, de vraag naar nabewerking (raffinage) zal doen afnemen en zal helpen om batterijkwaliteit producten te verkrijgen die opnieuw kunnen worden gebruikt voor batterijproductie.

“Vandaag de dag is het gerecyclede lithium niet direct op batterijkwaliteit die nodig is voor Gigafabrieken die lithiumbatterijen maken; vandaar dat lithium ofwel wordt gebruikt voor andere toepassingen of een extra stap van zuivering nodig heeft (meer energie, hogere CO2-voetafdruk).”

Conclusie

De explosieve groei van lithium-ionbatterijen brengt zowel kansen als uitdagingen met zich mee. Hoewel batterijen cruciaal zijn voor schone energieoplossingen en de wereldwijde verschuiving naar groene energie, hebben de productie en het einde van de levensduur ervan ernstige gevolgen voor het milieu.

Miljoenen tonnen belanden op stortplaatsen waar mogelijk giftige stoffen lekken, maar bedrijven in de sector blijven vooruitgang boeken en zoeken naar nieuwe technologie?n die een circulaire economie kunnen stimuleren en ondersteunen. Daarnaast leggen experts de voordelen uit van stimuleringsmaatregelen van de overheid en de complexiteit van regelgeving.

Van elektrische auto’s tot computers en slimme apparaten, de toekomst van de technologie, die afhankelijk is van lithiumbatterijen, moet de uitdagingen op het gebied van recycling en milieu aangaan die batterijen met zich meebrengen als ze een duurzame toekomst willen opbouwen.