De complete recycling van lithium-ion batterijen is een must in de circulaire economie en nodig om een dreigend tekort aan grondstoffen te voorkomen.
Teake Zuidema
15.000 ton lithium-ion op de weg
Volgens Janet Kes, manager batterijen van Auto Recycling Nederland (ANR), rijdt er momenteel al zo’n 125 miljoen ton aan lithium-ion batterijen rond op de Nederlandse wegen in 650.000 voertuigen. Haar organisatie is belast met het inzamelen van end-of-life batterijen van EV’s. Omdat batterijen van EV’s langer mee gaan dan verwacht, moet de echte stroom nog op gang komen. Kes: ‘ARN krijgt nu jaarlijks ongeveer 200 ton aan afgedankte lithium-ion batterijen binnen. Het gaat dan voornamelijk om batterijen uit schadeauto’s of batterijen waarin productiefouten zitten.’ Omdat er in Nederland nog geen bedrijf is dat deze batterijen recyclet, stuurt ARN ze naar bedrijven in Duitsland en Scandinavië.
Recycling lithium-ion
Thomas Holberg, vice-president Battery Operations van het in Singapore gevestigde recyclingbedrijf TES, wil nog dit jaar in Rotterdam de eerste Nederlandse recyclinginstallatie voor lithium-ion opstarten. ‘Zonder een stabiele infrastructuur voor het recyclen van lithium-ion batterijen is het in Europa onmogelijk alle hoge verwachtingen over de aantallen EV’s te realiseren,’ zegt Holberg. Hij wijst erop dat het recyclen voor Europa en ook voor Nederland belangrijk is om niet nog verder achterop te raken bij Azië. TES opereert al installaties voor het recyclen van batterijen uit EV’s in Singapore, Shanghai en bij de Amerikaanse stad Atlanta.
Holberg: ‘We leggen ons toe op het meest gebruikte type, de nikkel-mangaan-kobalt (NMC) batterij.’ In de technologie van TES gaan de batterijen na het ontladen en demonteren door een mechanische shredder waarna plastic, koper en aluminium worden gescheiden van de ‘black-mass’. Via een hydrometalurgisch proces kunnen daarna nikkelsulfaat, lithiumcarbonaat en kobalthydroxide uit deze zwarte massa worden gescheiden. ‘We winnen uiteraard ook wat koper en aluminium,’ zegt Holberg, ‘maar de financiële drijvers van het proces zijn nikkel, lithium en kobalt.’
De installatie van TES in Rotterdam zal jaarlijks 25.000 ton lithium-ion batterijen kunnen verwerken. Dat is het equivalent van 50.000 EV-batterijen van ieder 500 kilo. Batterijen uit mobieltjes komen niet in aanmerking. Nu bestaan er in Nederland nog nauwelijks afgedankte batterijen uit EV’s. Dus waar haalt TES zijn input vandaan? Holberg: ‘Aanvankelijk zal de installatie voornamelijk draaien op het productieafval van Europese gigafabrieken die lithium-ion batterijen maken. De productie van dit type batterijen staat eigenlijk nog in de kinderschoenen en die fabrieken zitten daarom nog met een hoog percentage productieafval dat gerecycled moet worden.’
Holberg hoeft niet benauwd te zijn dat de installatie in Rotterdam onvoldoende productieafval aangeleverd krijgt. Alle aandelen van TES zijn sinds februari 2022 in handen van het Zuid-Koreaanse SK, een bedrijf dat reeds gigafabrieken voor lithium-ion batterijen heeft geopend in Zuid Korea, China, de VS, Hongarije en Polen. Holberg verwacht dat pas tegen 2028 de stroom van end-of-life batterijen naar de installatie in Rotterdam echt op gang zal komen. Uiteindelijk zal de capaciteit van TES behoorlijk nietig blijken vergeleken met de miljoenen tonnen die in de pijplijn zitten.
Voorsprong Verre Oosten
Het is duidelijk dat Azië – en dan met name China en Zuid Korea – een aanzienlijke voorsprong heeft op Europa en de VS wat betreft zowel de productie als de recycling van lithium-ion batterijen. De EU heeft wel de ambitie om die achterstand weg te werken. Holberg ziet het echter als een groot struikelblok dat het in Europa, dus ook in Nederland, moeilijk is de benodigde vergunningen en ontheffingen te krijgen voor het bouwen en opstarten van recycling installaties.
‘Het recyclen van lithium-ion batterijen is niet alleen nieuw, het is ook een zeer gecompliceerd proces waarbij veel verschillende materialen betrokken zijn,’ zegt Holberg. ‘Daardoor hebben we te maken met een groot aantal regels en wetten en dat leidt ertoe dat de contacten met de milieuautoriteiten over het algemeen nogal moeizaam verlopen.’ De vicepresident van TES zegt dat de autoriteiten in de VS soepeler en sneller zijn met het verlenen van vergunningen. ‘Kennelijk is de politieke wil daar om recycling van de grond te krijgen daar groter dan in Europa,’ aldus Holberg.
Onverwacht langere levensduur
Wereldwijd werden in 2022 7.8 miljoen elektrische auto’s verkocht. De stroom end-of-life batterijen naar de recycling komt echter maar langzaam op gang. Eén belangrijke reden: de batterijen van EV’s gaan gemiddeld flink langer mee dan verwacht. Volgens Elon Musk zijn de battery-packs van de nieuwste generatie Tesla’s goed voor 450.000 tot 800.000 kilometer. Batterij-goeroe Jeff Dahn schrijft in de Journal of the Electrochemical Society dat Tesla en andere bedrijven binnen afzienbare tijd kunnen beschikken over een batterijpakketten waarmee auto’s een miljoen mijl — inderdaad dat is 1.6 miljoen kilometer — kunnen afleggen.
Ook bestaat er de mogelijkheid van een tweede-leven. Kes zegt dat dertig procent van de batterijen die bij de ARN terechtkomt opnieuw gebruikt wordt. Afgedankte battery-packs beschikken vaak nog over 70 tot 80 procent van hun capaciteit. Ze zijn daarom geschikt gebruikt te worden in stationaire opslag voor energie of voor de aandrijving van lichtere, langzame voertuigen. De Johan Cruyff ArenA heeft al sinds 2018 een 3 MW energieopslag dat gedeeltelijk gebruik maakt van batterijen die hun eerste leven doormaakten in een Nissan. Mercedes-Benz verkoopt afgedankte lithium-ion packs uit zijn EV’s aan een bedrijf in India dat ze vervolgens gebruikt voor de aandrijving van riksja’s.
Gaat ARN straks de afgedankte batterijen die het inzamelt naar TES in Rotterdam sturen? Dat is nog niet zeker. Kes: ‘We hebben contact met TES, maar er zijn geen afspraken of contracten.’ Ze vindt het wel belangrijk dat er in Nederland zo’n installatie komt. ‘De Europese regels bepalen dat vanaf 2027 of 2028 nieuwe lithium-ion batterijen voor een deel gemaakt moeten worden met behulp van gerecycled grondstoffen. Dat betekent dat bedrijven die geen toegang hebben tot gerecycled lithium en kobalt straks geen kans hebben zelf batterijen te maken.’ Kes verwacht dat TES zeker niet de enige recycler van lithium-ion in Nederland zal blijven.
Kes verwacht dat er door de Europese regels een forse competitie zal ontstaan tussen landen en bedrijven over de producten van de recycling installaties. Momenteel is het nog zo dat recyclingbedrijven een ‘gate-fee’ incasseren voor hun diensten. Kes: ‘Je kunt op je klompen aanvoelen dat er met alle ontwikkelingen zaken gaat veranderen.’ De idee is dat de recyclers in de toekomst winst zullen maken met de verkoop van teruggewonnen lithium, kobalt en nikkel. De prijs van lithium is nu reeds bezig met een bloedstollende opmars. Sinds 1 maart 2021 is de prijs van een ton lithium op de Chinese spotmarkt gestegen van 10.000 naar 72.000 euro.
Nieuwe technologische ontwikkelingen kunnen echter het hele recycling model flink op zijn kop zetten. Een nieuwe Chinese versie van Tesla’s Model 3 wordt aangedreven met een lithium-ijzerfosfaat (LPF), een batterij waarin geen spatje nikkel of kobalt is te vinden. Holberg: ‘We bestuderen momenteel de mogelijkheid lithium terug te winnen uit LPF batterijen. Het is zeker waar dat het recyclen financieel een stuk minder aantrekkelijk is wanneer een batterijen geen kobalt en nikkel bevat. Er zal altijd iemand moeten betalen voor het recyclen en in dat geval wordt dat degene die de batterij aanlevert.’
Tenslotte vindt Holberg dat de EU een halt moet toeroepen aan de transporten van lithium-ion batterijen vanuit Europese havens naar landen als India, de Filipijnen Maleisische. Holberg: ‘Ik heb dat aangekaart bij EU-commissaris Frans Timmermans toen hij in mei vorig jaar op bezoek was in Rotterdam. In de meeste Europese landen zijn lithium-ion batterijen geclassificeerd als gevaarlijk afval dat niet zomaar geëxporteerd mag worden.’ De illegale export van lithium-ion batterijen ondermijnt volgens Holberg de ontwikkeling van een stabiele Europese infrastructuur voor recycling.
