Expert Talk: Hoe duurzaam is de batterijwaardeketen? Uitdagingen en toekomstige trends

Vraag en aanbod van lithium-ion batterijen

Het Internationaal Energieagentschap (IEA) heeft verschillende scenario’s ontwikkeld voor de wereldwijde energietransitie. Twee belangrijke scenario’s bepalen de toekomstige vraag naar EV-batterijen:

• Net-Zero Emission (NZE) scenario: een snelle en efficiënte overstap naar schone energietechnologieën, met als doel de opwarming van de aarde te beperken tot 1,5°C. In dit scenario groeit het aantal elektrische voertuigen tot meer dan 250 miljoen in 2030.
• Stated Policies (STEPS) scenario: een meer conservatief pad dat rekening houdt met het huidige beleid, bestaande infrastructuur en financiële beperkingen. In dit scenario zal het aantal elektrische voertuigen slechts 125 miljoen bedragen tegen 2030 —de helft van de NZE-schatting.

Aan het einde van 2023 waren er wereldwijd 40 miljoen elektrische voertuigen (Tracking global data on electric vehicles – Our World in Data), en in 2024 werden er daarbovenop ongeveer 17 miljoen nieuwe electrische voertuigen verkocht (Over 17 million EVs sold in 2024 – Record Year  – Rho Motion).

Ongeacht het scenario zal de vraag naar lithium-ion batterijen de komende jaren sterk toenemen.

Kritieke materialen in lithium-ion batterijen: waarom zijn sommige problematischer?

Lithium-ion batterijen bevatten actieve kathodematerialen (AM’s), die lithium (Li) en vaak schaarse elementen zoals kobalt (Co) en nikkel (Ni). De LiNixMnyCo1-x-yO2 (NMC) familie is een van de meest gebruikte kathodetypes in elektrische voertuigen. In 2022 was NMC622 de meest gebruikte kathode, met 66% marktaandeel. Een alternatief, LiFePO4 (LFP), dat geen kritieke metalen bevat, had een aandeel van 27% van de EV-batterijmarkt.

Afbeelding 1 – Marktaandeel van de productie van de belangrijkste kathodematerialen in lithium-ion batterijen in 2022.

Het gebruik van schaarse elementen zoals kobalt, nikkel en lithium brengt twee grote uitdagingen met zich mee:

1. Mijnbouw en verwerking vereisen veel energie, omdat deze elementen slechts in lage concentraties in natuurlijke mineralen voorkomen. Dit verhoogt niet alleen de productiekosten, maar ook de CO₂-uitstoot, aangezien de mijnbouw- en chemische sector nog sterk afhankelijk zijn van fossiele brandstoffen.
2. De snel stijgende vraag kan de toeleveringsketen verstoren. In 2022 was de EV-sector verantwoordelijk voor 60% van de lithiumvraag, 30% van de kobaltvraag en 10% van de nikkelvraag. Hoewel vraag en aanbod de afgelopen tien jaar in evenwicht bleven, kan de snelle groei de wereldwijde reserves onder druk zetten.

Afbeelding 1 Historische gegevens over de vraag en het aanbod van Li, Co en Ni.

Raken de grondstoffen voor batterijen op?

Een van de grootste bezorgdheden rond batterijduurzaamheid is of er voldoende materialen zijn om aan de toekomstige vraag te voldoen. Hierbij is het belangrijk om een onderscheid te maken tussen reserves en de grondstofvoorraad. Reserves verwijzen naar het gedeelte van de bekende voorraden dat onder de huidige omstandigheden economisch winbaar is. Terwijl de grondstofvoorraad verwijst naar de totale geschatte voorraad, inclusief voorraden die momenteel nog niet economisch rendabel zijn.

In 2022 werden de wereldwijde reserves geschat op 22 miljoen ton lithium, 8,3 miljoen ton kobalt en 95 miljoen ton nikkel. De totale grondstofvoorraden zijn echter veel groter: 89 miljoen ton lithium, 25 miljoen ton kobalt en 300 miljoen ton nikkel.

Hoewel de reserves van lithium en nikkel voldoende lijken, vormt de uitputting van kobalt het grootste risico. Voor de personenwagenmarkt onder het NZE-scenario zouden de kobaltreserves tegen 2030 met 55% afnemen, vergeleken met 12% voor lithium en 14% voor nikkel—ervan uitgaande dat de NMC622 LIB-chemie wordt gebruikt en de reserves niet worden uitgebreid.

Innovaties in batterijtechnologie en verantwoord materiaalgebruik kunnen deze druk verminderen.

• Overstappen van NMC622 naar NMC811—waar de nikkel-kobaltverhouding stijgt van 3:1 naar 8:1—zou het relatieve gebruik van kobalt met 26% verlagen.
• Kleiner batterijformaat—zoals 50 kWh in plaats van 75 kWh—kan de kobaltbehoefte met één derde verminderen.

Afbeelding 2 – Mogelijke uitputting van de Li-, Co- en Ni-reserves als gevolg van de stijgende vraag voor elektrische voertuigen, binnen de NZE- en Stated Policy-scenario’s en verschillende kathodechemieën in lithium-ion batterijen.

Kunnen batterijtoeleveringsketens de groei bijhouden?

Tegen 2030 zal de vraag naar lithium, kobalt en nikkel voor elektrische voertuigen zeven tot elf keer hoger liggen dan in 2022. Daarom is een snelle uitbreiding van mijnbouw en raffinage onvermijdelijk, hoewel het onwaarschijnlijk is dat de reserves uitgeput raken.

Tussen 2016 en 2022 groeide de productie van lithium met 220%, kobalt met 90% en nikkel met 70%. Maar deze groeicijfers zijn onvoldoende om aan de vraag tegemoet te komen. Volgens S&P Global duurt het ontwikkelen van een nieuwe lithiummijn tot zeven jaar, waardoor opschalen om de groeiende vraag bij te houden een enorme uitdaging wordt.

Geografische ongelijkheden in de toeleveringsketen

De productie van batterijgrondstoffen en -cellen is sterk geconcentreerd, wat risico’s met zich meebrengt. In 2022 had Europa bijvoorbeeld een marktaandeel van 21% in de wereldwijde autoverkoop, maar slechts 7% van de productiecapaciteit voor Li-ion cellen. China daarentegen domineert de markt met 76% van de wereldwijde gigafabriekscapaciteit.

De meeste grondstoffen worden in een beperkt aantal landen gewonnen en verwerkt, met onder andere:

• Kobalt: De Democratische Republiek Congo levert 74% van het wereldwijde kobalt, maar China verwerkt er 74% van.
• Lithium: Australië is de grootste producent, met 47% van de wereldwijde lithiumwinning, terwijl China 65% van het lithium raffineert.
• Nikkel: Indonesië leidt zowel in productie (49%) als in raffinage (43%).
• Synthese van kathodemateriaalpoeder: China is goed voor 70% van de wereldwijde productie, gevolgd door Zuid-Korea (15%) en Japan (14%).

Om de duurzaamheid van batterijen te versterken, is het noodzakelijk om de productie geografisch beter te spreiden.

Veel te winnen met beter recycleren

Recyclage is een van de meest onderontwikkelde onderdelen van de batterijwaardeketen, maar het biedt een essentiële kans om de duurzaamheid van batterijen te verbeteren. Naast het terugwinnen van waardevolle materialen speelt end-of-life management een cruciale rol. Het gaat niet alleen om het hergebruiken van kostbare metalen uit afgedankte batterijen, maar ook om het verminderen van de emissies die gepaard gaan met hun productie. Bovendien kan recyclage helpen om geografische onevenwichten in de toeleveringsketen te verminderen en tegelijkertijd de uitstoot aanzienlijk te verlagen.

Met een groeiend aantal afgedankte batterijen wordt het opschalen van zowel recyclage als hergebruik, een cruciale stap richting een circulaire en duurzame batterij-economie. Momenteel verwerken recyclagebedrijven vooral productieresten uit gigafabrieken, aangezien er voorlopig relatief weinig afgedankte EV-batterijen zijn. Maar dit zal snel veranderen. Tegen 2030 zullen meer dan 1.500 kiloton EV-batterijen het einde van hun levensduur bereiken, en tegen 2040 loopt dit op tot 20.000 kiloton. Met een herwinningsgraad van 95% kan batterijrecyclage een belangrijke bijdrage leveren aan de productie van nieuwe lithium-ion batterijen. Onder de NZE- en STEPS-scenario’s kan gerecycleerd materiaal in 2030 voorzien in 4–12% van de lithiumvraag en 7–19% van de kobaltvraag voor EV-batterijen.

Vooraleer batterijen volledig gerecycleerd worden, kunnen ze vaak nog een tweede leven krijgen via hergebruik of herbestemming. Deze strategie vermindert afval en maximaliseert de waarde van de batterijen.

• Via Elektrodeherstel kunnen elektroden uit afgedankte batterijen met een minimale verwerking meteen worden geïntegreerd in nieuwe cellen. Dit bespaart kosten en energie, en vermijdt de traditionele materiaalterugwinning, waarvoor mechanische en thermische behandelingen nodig zijn. De conventionele methode zet batterijen immers eerst om in black mass, die vervolgens wordt geraffineerd via pyro- en hydrometallurgische processen.
• Batterijhergebruik en herbestemming bieden een betaalbare oplossing voor toepassingen zoals hernieuwbare energieopslag, microgrids, EV-laadinfrastructuur en netbalancering. Hierbij worden batterijen opnieuw ingezet zonder ze te demonteren.

De potentiële impact van tweedehandsbatterijen is enorm. Tegen 2030 zal de wereldwijde vraag naar grootschalige energieopslag naar verwachting 200 GWh per jaar bedragen. Afgedankte EV-batterijen zouden tussen 100 en 200 GWh kunnen leveren, waardoor hergebruik een belangrijke motor wordt voor batterijduurzaamheid.

Conclusie: we moeten opschalen

Het onderzoek concludeert dat de grootste uitdaging voor batterijduurzaamheid niet de uitputting van grondstoffen is, maar de noodzaak aan een goed getimede opschaling van de productie.

Momo Safari benadrukt: ” Om de doelstellingen voor een emissievrij mobiliteitssysteem te halen wordt een tijdige en grootschalige uitbreiding van de batterijwaardeketen de grootste uitdaging. Dit is zo voor elke batterijtechnologie. En een beter gespreide en veerkrachtige batterijtoeleveringsketen vereist sterkere overheidssteun en beleidsmaatregelen. De transitie naar duurzame energieopslag kan de industrie niet alleen dragen —het vraagt om gecoördineerde actie van beleidsmakers, investeerders en stakeholders.”

Wat is nodig voor een duurzame toekomst voor batterijen?

• snellere uitbreiding van mijnbouw- en raffinagecapaciteit
• een geografisch beter gebalanceerde toeleveringsketen
• sterkere overheidssteun en beleidsmaatregelen

Met de juiste strategieën kan de industrie de net-zero doelen halen en tegelijkertijd de duurzaamheid van batterijen op lange termijn garanderen.

Graag nog extra info na het lezen van deze expert talk?

Lees de position paper ‘A Perspective on the Battery Value Chain and the Future of Battery Electric Vehicles’ door Momo Safari in ‘Battery Energy’.

Het batterijonderzoek van EnergyVille

Bij EnergyVille bestrijkt het batterijonderzoek de volledige waardeketen—van fundamenteel materiaalonderzoek en celarchitecturen tot nieuwe batterijconcepten, batterijbeheer en systeemintegratie.

Referenties

M. Safari, Battery Energy, 2024, 4(1): 20240016.