Als het winnen van alle batterijmaterialen zo vervuilend is, hebben EV’s dan echt een kleinere ecologische voetafdruk dan auto’s met een verbrandingsmotor? De batterij is het duurste én belangrijkste onderdeel van een elektrische auto en beïnvloedt het zowel het bereik als de efficiëntie van een EV. Accu’s staan centraal in het debat over elektrische mobiliteit omdat de meeste accu’s uit China komen. Maar eerst, wat is een batterij?
Waarom EVolution
Over elf jaar moeten nieuw verkochte auto’s in de EU emissieloos zijn. Naarmate de verkoop stijgt, zijn elektrische voertuigen klaar om het Europese wagenpark koolstofvrij te maken. Waar beginnen we? Wat zijn de vooruitzichten voor de komende jaren? Nu de deadline is vastgesteld, vinden we het bij Innovation Origins belangrijk om ons publiek meer te informeren over dit onderwerp. Vandaar deze serie: EVolution. Bij IO zijn innovatie en technologie onze core business, dus richten we ons in deze serie op enkele van de meest besproken – en soms controversiële – aspecten van elektrische mobiliteit.
Een batterij in een notendop
Een batterij is een apparaat dat elektrische energie opslaat en levert door chemische energie om te zetten in elektrische energie. Een batterij bestaat meestal uit een of meer elektrochemische cellen, elk met een positieve elektrode (kathode) een negatieve elektrode (anode) en een elektrolyt die ze scheidt. Wanneer de batterij wordt aangesloten op een elektrisch circuit, vindt er een chemische reactie plaats in de cellen, waardoor elektronen van de anode naar de kathode stromen en een elektrische stroom wordt opgewekt. Oplaadbare batterijen kunnen deze chemische reactie omkeren met behulp van een externe stroombron – een oplader – waardoor de elektronen in de tegenovergestelde richting stromen.
Lithium-ion batterijen
De batterij van een EV heeft in principe dezelfde structuur. Zoals je misschien weet, zijn de meeste batterijen die we tegenwoordig gebruiken – niet alleen voor auto’s – lithium-ion. De meest gebruikte versie van deze batterijen bevat een nikkel mangaan kobalt (NMC) kathode, naast lithium en grafiet. De winning van deze mineralen gaat gepaard met zware milieu-input, laten we lithium als voorbeeld nemen.
Lithium is een mineraal dat voorkomt in pekel en hard gesteente. Pekelgebieden zijn vooral te vinden in Zuid-Amerika, waar het mineraal wordt gewonnen in verdampingsvijvers. De winning van lithium in hard gesteente komt veel voor in Australië en Afrika. Om een ton lithium uit pekel te winnen, wordt ongeveer 2,2 miljoen liter water gebruikt. Schattingen suggereren dat er vijftien ton CO2 wordt uitgestoten in de atmosfeer voor elke ton gedolven lithium. Een gemiddelde EV-batterij bestaat uit acht kilogram lithium.
Over het algemeen geven autofabrikanten de voorkeur aan NMC-batterijen vanwege hun hoge energiedichtheid (tot ongeveer 250 Wh/kg) en goede laadprestaties. Dit betekent dat er meer energie in het volume van elke cel kan worden gestapeld. NMC-batterijen hebben echter een lagere thermische stabiliteit, waardoor het runaway-punt eerder wordt bereikt, en een kortere levensduur, die wordt geschat op duizend tot tweeduizend volledige laadcycli. Zoals uitgelegd in de aflevering over actieradius, raden fabrikanten bovendien aan om deze accu’s niet volledig op te laden, omdat dit de degradatie versnelt.
Lithium-ijzer-fosfaat batterijen: het opkomende alternatief
NMC-batterijen zijn op dit moment de meest gebruikte optie voor EV’s, maar daar komt binnenkort misschien verandering in. Er is namelijk een andere lithiumchemie in opkomst: lithium-ijzer-fosfaat (LFP). In 2021 kondigde Tesla een overstap naar deze batterijchemie aan voor zijn modellen met standaardbereik, en meer autofabrikanten volgen, zoals BMW, dat vanaf volgend jaar overstapt op LFP-modules.
Er zijn verschillende voordelen. Ten eerste is voor deze batterijchemie geen kobalt maar ijzer nodig. Ten tweede zijn deze batterijen goedkoper door de aanwezigheid van ijzer. Ten derde hebben deze accu’s bewezen stabieler te zijn, ze hebben een lager risico op weglopen. Ten vierde hebben ze een langere levensduur, tot wel 5000 laadcycli. Bovendien heeft honderd procent opladen geen grote invloed op de gezondheid van de accu.
De belangrijkste nadelen zijn hun lagere energiedichtheid-150 Wh/kg en het zwaardere gewicht van het accupakket. Ze bieden ook een kleiner bereik voor dezelfde batterijgrootte en hebben de neiging om langzamer op te laden dan NMC-accu’s als het koud is. We hebben een vergelijkingstabel gemaakt.
Lithium inkopen
Lithium blijft voorlopig cruciaal, met de NMC- of LFP-batterijchemie. Op dit moment heeft China controle over de hele lithiumwaardeketen. Hoewel de meeste reservoirs zich buiten het land bevinden, is Beijing eerder begonnen met het veiligstellen van lithiumvoorraden en heeft het zelf een sterke raffinage-infrastructuur opgezet. Als gevolg hiervan levert China tachtig procent van alle batterijcellen ter wereld en zestig procent van de EV-batterijmarkt.
De rest van de wereld bevindt zich in een inhaalpositie. Europa heeft geen reservoirs die vergelijkbaar zijn met die van Chili of Australië. Toch opende Vulcan Energy Europa’s eerste lithiumproductiefabriek, die lithium wint via geothermische bronnen en tegelijkertijd stroom produceert. De Stellantis groep – eigenaar van Peugeot, Citroen en Fiat – werd de tweede grootste aandeelhouder toen Renault en Volkswagen ook overeenkomsten tekenden met Vulcan.
Als de mijnbouw en de winning vervuilend en ingewikkeld zijn, biedt recycling de kans om lithium te hergebruiken en de winning te verminderen. Voorbeelden zijn Evonik en Arabat. De eerste is een van de grootste chemische bedrijven ter wereld en ontwikkelde een keramisch membraan dat recycling vereenvoudigt. Arabat, een Italiaanse startup, recycleert batterijen met behulp van sinaasappelschillen. Bovendien kunnen EV een tweede leven krijgen als energieopslag.
Is een EV een groenere keuze?
Dit gezegd hebbende komen we weer bij de openingsvraag: hebben EV’s echt een kleinere ecologische voetafdruk dan auto’s met een verbrandingsmotor? Het antwoord is ja, en het komt van levenscyclusanalyses van de twee die hieronder worden gepresenteerd. Terwijl de uitstoot bij de productie van voertuigen identiek is, tellen EV’s de uitstoot op die wordt gegenereerd door het productieproces van de batterij. De emissies zijn echter veel lager in de brandstofcyclus, de productie en het brandstofgebruik. Naarmate de elektriciteitsproductie steeds koolstofarmer wordt met meer hernieuwbare energiebronnen, is het te verwachten dat de uitstoot over de hele levenscyclus nog lager zal zijn.
Natriumbatterijen zijn de volgende
Naast lithiumtechnologieën zijn er ook andere EV-batterijen in opkomst. Een van de meest veelbelovende is de natriumbatterij. De Zweedse batterij Northvolt onthulde onlangs een natrium-ion batterij – gevalideerd op 160 Wh/kg – die de Chinese dominantie wil uitdagen en de afhankelijkheid van lithium wil verminderen. Natrium is in feite overal verkrijgbaar – bijvoorbeeld in zeewater – maar aspecten als gewicht en prestaties moeten nog volledig worden uitgezocht. Ondertussen zijn Chinese fabrikanten al begonnen met de productie van de eerste auto’s met natrium-ion batterijen, twee compacte EV’s van Yiwei en JMEV.
Volgende week gaan we dieper in op opladen. Welke laadstations zijn er beschikbaar? Wat is het verschil tussen de stations?
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
