Productie lithium-ionbatterijen neemt toe, maar tegen welke prijs?

Photo Credit: Dimitry B./Flickr

In zijn eerste masterplan van Tesla Motors schreef Elon Musk: “Het overkoepelende doel van Tesla Motors (en de reden waarom ik het bedrijf financier) is om te helpen de overgang van een mijn-en-brand koolwaterstofeconomie naar een zonne-elektrische economie te bespoedigen, waarvan ik geloof dat het de primaire, maar niet exclusieve, duurzame oplossing is.”

Nauwelijks meer dan tien jaar later lijkt het erop dat die duurzame oplossing binnen handbereik is — zonne-installaties zijn booming en Tesla leidt de aanval naar de grotere verspreiding van elektrische voertuigen die kunnen rijden op hernieuwbaar gegenereerde elektronen.

Maar terwijl schone energie bloeit, hebben de oplossingen van elektrische-autobedrijven en batterijfabrikanten veel meer te maken gehad met mijnbouw dan Musk’s manifest zou suggereren. Hoewel een explosie in EV’s en energieopslag landen in staat zal stellen om te vertrouwen op minder koolstofintensieve energie, laat de winning van essentiële ingrediënten om kosteneffectieve lithium-ionbatterijen te maken over het algemeen milieu- en menselijke verwoesting in zijn kielzog achter.

Industrieleiders zijn dichter bij de oplossing gekomen om energie op te slaan en auto’s op grote schaal van energie te voorzien zonder fossiele brandstoffen, maar ze beginnen net te worstelen met de morele implicaties van een schone energie-industrie die wordt ondersteund door de lelijke waarheden van kinderarbeid en vervuiling.

“Het is nogal een interessant geval, waar je de voordelen hebt van het overstappen naar groene technologie die in sommige gevallen teniet worden gedaan, als je kijkt naar de mijnproductie,” zei Stefan Sabo-Walsh, hoofd van grondstoffenonderzoek bij Verisk Analytics.

De lithiumdriehoek

Australië en Zuid-Amerika, met name de “lithiumdriehoek” van Argentinië, Chili en Bolivia, domineren momenteel 80 tot 90 procent van de lithiumproductie, volgens James Whiteside, een managing consultant bij Wood Mackenzie’s metaal- en mijnbouwconsultingteam.

Zuid-Amerikaanse productie is afhankelijk van pekel die diep uit de aarde wordt gehaald. Op pekellocaties wordt het zoute water verspreid over grote oppervlakken op een niveau van een paar meter diep en maandenlang achtergelaten om te verdampen. Verplaatst van pekelbassin naar pekelbassin, neemt de concentratie lithium langzaam toe tot ze kan worden gescheiden van de rest van de pekel. Het ruwe lithium wordt dan verwerkt tot lithiumchloride dat wordt gebruikt in toepassingen zoals batterijen. In Australië concentreren de ruwe producenten zich op de energie-intensievere en duurdere winning in hard gesteente, waarbij lithium uit stenen wordt gebroken.

In 2016 groeide de lithiumproductie met 16 procent ten opzichte van het voorgaande jaar. Australië produceerde het grootste deel ervan, 14.300 metrische ton, waarvan een groot deel naar China wordt verscheept voor verwerking.

De zogenaamde “witte goudkoorts” heeft batterijproducenten in staat gesteld om de productie op te schalen en plannen voor gigafabrieken in de pijplijn te houden. Maar de resultaten zijn niet zo positief geweest voor inheemse volkeren zoals de Atacama-gemeenschap in Zuid-Amerika, die protesten uitlokte met handgeschreven borden met de tekst “We Don’t Eat Batteries,” zoals The Washington Post meldt.

Inheemse volkeren in de lithiumdriehoek maken zich zorgen dat de grote hoeveelheden water die nodig zijn om lithium te produceren – maar liefst een half miljoen liter per ton – kunnen snijden in de toch al beperkte watervoorraad in de dorre en door droogte geteisterde gebieden waar zich pekellocaties bevinden. Deze bezorgdheid heeft geleid tot protesten tegen de exploitatie van de hulpbronnen door grote bedrijven. In 2012 drongen 33 inheemse gemeenschappen bij het Argentijnse hooggerechtshof aan op overleg over de ontwikkeling van lithium.

“Het is niet te zeggen wat voor schade er aangericht kan worden”

Helle Abelvik-Lawson, een promovendus en onderzoeker aan de Universiteit van Essex die zich richt op de gevolgen van lithiumwinning in Bolivia en Argentinië, zegt dat veel – maar niet alle – gemeenschappen leren leven met de activiteit en ontwikkeling die mijnbouwbedrijven met zich meebrengen, omdat ze ook banen opleveren. “Het belangrijkste is dat de gemeenschappen, als ze deze enorme industrie krijgen, erbij betrokken willen zijn,” zei ze.

Maar er zijn ook gemeenschappen, zei ze, “die er dood tegen zijn.”

Volgens Abelvik-Lawson zijn de huidige gevolgen van kleinschalige lithiumwinning relatief minimaal. Maar als de vraag omhoog schiet, kan de manier waarop bedrijven hun productie opvoeren dat veranderen. “Er zijn zorgen,” zei ze. “Zodra iets echt wordt opgeschaald, is niet te zeggen wat voor schade op grote schaal kan worden aangericht.”

Brinesites verbruiken over het algemeen weinig energie omdat de zon lithium uit de plassen verwerkt. Maar Whiteside zei dat de recente opleving van de vraag de laatste drie tot zes maanden de praktijk van het “direct verschepen van erts” van rotsmijnlocaties naar China heeft aangewakkerd. Om het proces te versnellen, wordt meer ruw materiaal verzonden voordat het wordt geconcentreerd.

“Dat betekent dat je energieverbruik voor transport veel hoger is — ruwweg drie keer zo hoog,” zei Whiteside. “Dat is op de lange termijn niet kostenconcurrerend, maar met de huidige prijzen wordt dat soort productie gestimuleerd.”

Batterijen op basis van lithium vereisen ook grondstoffen als kobalt, nikkel en grafiet, die de toeleveringsketen nog ingewikkelder maken. Arbeidsonrechtvaardigheden bij de winning van kobalt zijn goed gedocumenteerd. Meer dan 20% van de export uit de Democratische Republiek Congo, ’s werelds grootste producent, is afkomstig van ongereguleerde artisanale mijnen waar vaak kinderen werken. Voor grondstoffen als nikkel en grafiet hebben producerende landen te kampen met waterverontreiniging en ontbossing.

De schaalvergroting en massaproductie van lithiumbatterijen is complex, maar de mensenrechten- en milieuvalkuilen bij de productie ervan maken het voor producenten en eindgebruikers nog complexer. Grondstof is afkomstig uit mijnen over de hele wereld, en het is niet altijd gemakkelijk om de herkomst ervan te achterhalen. Bedrijven die ethisch verantwoorde cleantechproducten verkopen, zoals elektrische auto’s en zonne-energie-plus-opslag, zullen op zoek moeten naar betere keuzes naarmate het gebruik van batterijen blijft exploderen — of het risico lopen op terugslag te stuiten.

De batterijhausse

Volgens Bloomberg New Energy Finance zal de wereldwijde capaciteit voor de productie van batterijen tegen 2021 zijn verdubbeld tot meer dan 278 gigawattuur per jaar. Lithium-ion-batterijen zullen naar verwachting tegen datzelfde jaar ook 43 procent goedkoper zijn.

Makers van alternatieve batterijen hebben de afgelopen jaren geprobeerd lithium-modellen een run voor hun geld te geven, maar het is een verliezende strijd geweest, deels vanwege de eenvoud en flexibiliteit van de technologie. Schokkend lage prijzen voor lithium-gebaseerde batterijen zullen de belangrijkste factor blijven in het aansturen van de dominantie van de technologie in de toekomst – zolang de producenten het lithium kunnen laten komen.

De verhouding tussen reserves en productie voor lithium (de resterende hoeveelheid van een niet-hernieuwbare hulpbron, uitgedrukt in tijd) ligt in de honderden, waar het voor de meeste gedolven grondstoffen in de tientallen ligt,” zei Whitehouse. “

“In het komende decennium is er zeker genoeg…lithium,” voegde hij eraan toe. “De vraag is hoe lang het zal duren voordat die bronnen on-line komen.”

De bezorgdheid komt niet voort uit bekende reserves, waarvan er genoeg zijn. Whiteside, die werkt aan een Wood Mackenzie-studie over de lithiummarkt, beschrijft de vraag-en-aanbodcurve van lithium volgens een traditioneel pad. Hoewel de prijzen voor batterijen een nieuw dieptepunt bereiken, stijgen de prijzen (momenteel ongeveer 12.000 dollar per ton), net als de vraag. Om aan die vraag te voldoen, hebben fabrikanten over de hele wereld projecten gepland. Maar omdat het winnen van lithium zo tijdrovend is, en veel van deze projecten pas over jaren klaar zullen zijn, is het waarschijnlijk dat de hoge vraag en het beperkte aanbod voorlopig zullen aanhouden, aldus Whitehouse.

“Er zullen cycli in de markt zijn,” voegde hij eraan toe.

“Er zullen cycli in de markt zijn,” voegde hij eraan toe. “Ik weet zeker dat de markt op een gegeven moment in een overaanbod terecht zal komen, simpelweg vanwege het aantal projecten dat wordt ontwikkeld.”

Maar vooralsnog zijn batterijmakers hongerig naar al het lithium dat ze kunnen krijgen. De zoektocht naar ethisch gewonnen lithium zal de vraag en de prijzen waarschijnlijk alleen maar doen stijgen.

Een andere weg vooruit

Er zijn andere manieren om de lithiumproductie uit te breiden zonder te vertrouwen op de dubieuze arbeids- en milieupraktijken die nu endemisch zijn in het lithiummijnbouwproces.

Bedrijven zoals MGX Minerals, gevestigd in Canada, werken aan het vinden van toegankelijke en onderbenutte lithiumvoorraden. Vanaf 2016 heeft MGX een nano-filtratiesysteem getest dat een set zeer gespecialiseerde membranen gebruikt om lithium passief uit afvalwater te ziften. Volgens CEO Jared Lazerson retourneert het MGX-systeem 70 procent van het lithium en duurt het slechts een dag, in plaats van het traditionele maandenlange tijdsbestek.

Tot nu toe heeft MGX samengewerkt met bedrijven zoals Canadian Natural Resources Limited in Alberta, en het werkt aan een commerciële fabriek die 7.500 vaten afvalwater per dag zou kunnen verwerken en een aanzienlijk volume lithiumcarbonaat-equivalent zou kunnen opleveren.

MGX’s proces reinigt het water dat overblijft van traditionele olie-operaties, en het levert rendement op. Een aantrekkelijk nevenvoordeel zou kunnen zijn het brengen van traditionele energie majors in de plooi.

“De oliemaatschappijen zijn zeer, zeer traditioneel in hun denken, maar ze kijken naar wat er gaande is,” zei Lazerson. “Het maakt ze een beetje nerveus, en het maakt ze kijken naar deze zeer serieus.”

In termen van het brengen van verantwoording aan de traditionele mijnbouw, zal dat waarschijnlijk vallen op bedrijven en corporate coalities, zei Sabo-Walsh. Hij zei dat voorbeelden uit het verleden rond de conflictmineralen goud, wolfraam, tin en tantaal, die worden gereguleerd door de Dodd-Frank-wet, lessen kunnen bevatten voor industriebrede partnerschappen rond het delen van informatie over leverancierspraktijken, beoordelingsvragenlijsten en milieuclassificaties. Het nadenken over waar lithium naartoe gaat nadat het is gebruikt, zou fabrikanten ook meer bewust kunnen maken van het productieproces.

“Er moeten gesprekken worden gevoerd en plannen worden gemaakt door autobedrijven over wat het einde van het gebruik van lithium-ion-batterijen zal zijn,” zei Whiteside. “Het is iets dat veel autobedrijven niet eens overwegen.”

Ultimately, as production ramps up, companies will need to make accountability a throughline of a battery’s lifetime. Hoewel de lithiumvoorraden van de wereld genoeg zullen zijn om een grootschalige opslagrevolutie te voeden, zijn de huidige kosten allesbehalve verwaarloosbaar.

Ga met GTM mee voor een diepe duik in de ontluikende binnenlandse energieopslagmarkt op de U.S. Energy Storage Summit 2017. Nutsbedrijven, financiers, regelgevers, technologie-innovatoren en opslagbeoefenaars zullen allemaal samenkomen voor twee volle dagen van data-intensieve presentaties, door analisten geleide panelsessies met industrieleiders, en uitgebreide netwerken op hoog niveau. Meer informatie vindt u hier.