Grondstoffen batterijen: Deel 1 – Lithium

Grondstoffen batterijen: Deel 1 – Lithium

Lithium in batterijen

Elektrische auto’s zijn volop bezig aan hun opmars. In Noorwegen waren in de eerste helft van 2019 maar liefst 38% van alle inschrijvingen elektrische auto’s. De introductie van meer betaalbare modellen zoals bijvoorbeeld de Tesla Model 3, Volkswagen ID.3, de Hyundai Kona en de Kia E-Niro heeft deze groei sterk gedreven. Meer beschikbare elektrische modellen en een grotere productie wil echter wel zeggen dat de vraag naar grondstoffen zoals Lithium enorm zal toenemen.

Hebben we hiervoor wel genoeg Lithium beschikbaar? Hoe gebeurt de ontginning eigenlijk? En waar gaan we met al die oude batterijen blijven?

Is er genoeg Lithium beschikbaar voor batterijen?

Lithium wordt gebruikt in meerdere toepassingen: het versterken van glas, smeermiddel, medische toepassingen, maar Lithium wordt het meest gebruikt in batterijen. Je laptop of smartphone waarop je dit artikel leest beschikt namelijk ook over zulke batterij. Li-Ion batterijen houden energie namelijk langer vast dan traditionele batterijen.

Voornamelijk door de explosieve groei van smartphones/laptops en elektrische auto’s zijn sinds 2012 de investeringen in lithiumwinning vertienvoudigd en is de vraag naar lithium in die periode 6,5 keer zo groot geworden: een groei van maar liefst 140 % per jaar.

Deze evolutie zal de komende jaren naar alle waarschijnlijkheid niet afnemen en dus bekijken we ook een inschatting tot eind 2027. De wereldwijde vraag naar lithium batterijen en accu´s voor met name elektrische auto´s en laptops zou in die periode toenemen met 650 %. Eerder dit jaar haalden we al enkele redenen aan die aantonen dat de explosies groei zich verder zet.

Laten we dus even kijken hoeveel Lithium er wereldwijd nog beschikbaar is. De wereldwijde voorraad lithium bedraagt naar schatting zo’n 53 miljoen ton, waarvan 10 miljoen ton in Argentinië en zo’n 9 miljoen ton in Bolivia evenals in Chili. Deze drie Zuid-Amerikaans landen vormen de zogenaamde Lithiumdriehoek. Verder is er een geschatte reserve van 7 miljoen ton in de Verenigde Staten en ook in China, en 5 miljoen ton in Australië; 6 miljoen ton komt uit andere landen.

In 2018 bedroeg de wereldwijde Lithium productie 85.000 ton, exclusief de Amerikaanse productie gezien zij deze cijfers niet communiceren. Dit is een stijging van ongeveer 23% tov 2017. Deze sterke stijging is vooral gedreven door Chili (16000 ton in 2018) en Australië (51000 ton in 2018). Voornamelijk Australië heeft sterke inspanningen geleverd en produceerde 11000 ton meer dan in 2017, gedreven door het openen van een aantal nieuwe mijnen.

Dit moeten we uiteraard in perspectief plaatsen met de hoeveelheid Lithium die nodig is in een elektrische auto. Neem de Panasonic 18650 cell die in een Tesla Model S wordt gebruikt. De hoeveelheid Lithium per cell bedraagt ongeveer 0,07-0,08 kg Li/kWh. Voor een Long Range (100kWh) uitvoering zou dit dus circa 8 kg zijn. Met de Lithium productie van 2018 zou je dus vlot meer dan 10 miljoen Tesla Model S kunnen bouwen. In verhouding: de globale EV sales van H1 2019 bedroegen 1 134 000 wagens.

Hoe gebeurt de ontginning?

Aan de zijde van de lithiumproducenten bekijken we het proces tot het moment dat hun eindproduct wordt doorverkocht aan hun klanten (batterij producenten, glasverwerking, productie smeermiddelen, enz). Dit eindproduct is Lithiumcarbonaat. Lithiumcarbonaat is een stabiel wit poeder dat een belangrijke intermediair is op de lithiummarkt omdat het kan worden omgezet in specifieke industriële zouten en chemicaliën – of kan worden verwerkt tot lithiummetaal.

De ontginning van lithium komt voor op ieder continent, met uitzondering van Antarctica. Meer courant dan je zou denken toch? Lithium kan zowel uit erts als uit pekel (zout water) worden gehaald. De extractie uit erts gaat sneller maar is duurder, die uit pekel is doorgaans goedkoper, maar tijdrovend.

Erts (productie tijd <1 maand)

Lithiumrijke mineralen als spodumeen zitten in pegmatieten, dat zijn stollingsgesteenten die bestaan uit grote kristallen.

  1. Lithiumerts worden uitgehakt in ondergrondse mijnen of bovengrondse groeven
  2. Het erts wordt verpulverd, waarna het lithium tot een concentraat wordt verwerkt
  3. Uit het concentraat worden door behandeling met (zwavel)zuur en warmte (tot 1100°C) lithiumcarbonaat gemaakt

Pekel (productietijd 8 à 18 maanden)

In zout water (pekel) in de bodem komt lithium voor in de verschillende concentraties.

  1. In de bodem worden gaten geboord waaruit pekel wordt opgepompt.
  2. Wanneer de pekel in de verdampingsvijvers een optimale concentratie bereikt wordt het in verschillende bassins overgepompt om het water te laten verdampen en onzuiverheden eruit te filteren.
  3. Het wordt vervolgens behandeld met natriumcarbonaat (natriumcarbonaat), waardoor lithiumcarbonaat neerslaat. Het lithiumcarbonaat wordt gefilterd, gedroogd en klaar voor levering. Overtollige pekel wordt teruggepompt.


Conclusie

Om te concluderen of we over voldoende grondstoffen beschikken moeten we de vraag met de nodige nuance bekijken. De huidige situatie is niet bepalend voor de nabije toekomst, de verder evolutie van de grondstoffenmarkt is dat wel.

Er is weinig risico dat de lithiumvoorraad in absolute zin bijna leeg is; het komende decennium zal waarschijnlijk minder dan één procent van de lithiumreserves ter wereld leeg zijn. En ook al zouden bedrijven moeite hebben om gelijke tred te houden met de vraag, het wereldwijde gedrum voor Lithium zal op korte termijn niet tot uiting komen in de prijs van een Tesla of een MacBook Pro. Lithium is, zoals Tesla CEO Elon Musk het heeft genoemd, “het zout op je salade”.

Een grotere uitdaging zullen we zien bij de andere grondstoffen, nickel en cobalt. Hierover kan je meer te weten komen in “Part 2”  van onze blog rond grondstoffen.

Bart Massin