China is 's werelds grootste markt voor elektrische voertuigen, met meer dan 5,5 miljoen verkochte exemplaren in maart 2021. Dit is in veel opzichten positief. China heeft de meeste auto's ter wereld en deze vervangen schadelijke broeikasgassen. Maar elektrische voertuigen brengen ook duurzaamheidsproblemen met zich mee. Zo zijn er zorgen over milieuschade als gevolg van de winning van elementen zoals lithium en kobalt. Een andere zorg betreft het opkomende afvalprobleem. China begint in de voorhoede van dit probleem te staan.
In 2020 werd 200.000 ton aan batterijen afgedankt en naar verwachting zal dit cijfer in 2025 oplopen tot 780.000 ton. Bekijk het dreigende probleem van batterijafval van elektrische voertuigen in China en wat 's werelds grootste markt voor elektrische auto's hieraan doet.
Bijna al het ChineseElektrische voertuigen worden aangedreven door lithium-ionbatterijen. Hun lichte gewicht, hoge energiedichtheid en lange levensduur maken ze de eerste keuze voor elektrische auto's. Batterijen hebben drie belangrijke componenten.componenten en anode, een kathode en een elektrolyt. Van deDe kathode is het duurste en belangrijkste onderdeel. We maken voornamelijk onderscheid tussen deze batterijen op basis van hun kathode-eigenschappen.Om hier niet te diep op in te gaan, maar de meeste EV-accu's in China hebben kathodes gemaakt van lithium-, nikkel-, mangaan- of kobaltoxiden, hierna aangeduid als MCS. Deze accu's worden afgedankt wanneer hun capaciteit nog maar ongeveer 80% bedraagt, wat overeenkomt met onze levensduur van ongeveer 8 tot 10 jaar. Dit is uiteraard afhankelijk van factoren zoals de laadfrequentie, rijgewoonten en de toestand van de wegen.
Ik dacht dat je dit wel wilde weten. Met de eerste grote golf elektrische voertuigenDe elektrische auto's zouden ergens tussen 2010 en 2011 op de markt komen, en de infrastructuur voor het inzamelen en verwerken van deze batterijen moest tegen het einde van het decennium gereed zijn. Dat was de uitdaging en de tijdlijn waarmee de Chinese overheid te maken kreeg. Na de Olympische Spelen in Peking begon de Chinese overheid de productie en het gebruik van elektrische voertuigen bij het grote publiek te promoten. Destijds hadden de enige regels die ze uitvaardigden betrekking op de veiligheidsnormen voor de industrie, aangezien veel batterijcomponenten behoorlijk giftig zijn. Begin 2010 nam het gebruik van elektrische voertuigen toe, en daarmee ook de behoefte aan een manier om met het afval ervan om te gaan.
In 2012, de governmeNT publiceerde voor het eerst beleidsrichtlijnen voor de gehele elektrische auto-industrie. In deze richtlijnen werd onder andere de noodzaak benadrukt van...Een goed werkend systeem voor het recyclen van EV-accu's is essentieel. In 2016 bundelden verschillende ministeries hun krachten om een gezamenlijke aanpak te ontwikkelen voor het afvalprobleem van EV-accu's. Fabrikanten van elektrische voertuigen zouden verantwoordelijk zijn voor het terugwinnen van de accu's van hun auto's. Ze moeten hun eigen servicenetwerken opzetten of een derde partij inschakelen om de afgedankte EV-accu's in te zamelen.
De Chinese overheid heeft de neiging om eerst een beleid, richtlijn of richting aan te kondigen voordat er later meer specifieke regels worden vastgesteld. De verklaring uit 2016 gaf de EV-bedrijven in feite het signaal dat ze in de komende jaren meer hierover konden verwachten. Zo verscheen in 2018 al snel een vervolg op het beleidskader, getiteld "Tussentijdse maatregelen voor het beheer van de recycling en het gebruik van accu's van elektrische voertuigen". Je zou je kunnen afvragen of dit zowel betrekking heeft op hybride voertuigen als op elektrische voertuigen. De handhavingsinstantie is het Ministerie van Industrie en Informatietechnologie (MIIT).
Het heeft terug beloofdIn 2016 legde het kader de verantwoordelijkheid grotendeels bij private entiteiten zoals fabrikanten van elektrische voertuigen en accu's, die zich met dit probleem bezighouden. De overheid zal...Ze zullen enkele technische aspecten van het project begrijpen, maar ze gaan het niet zelf doen. Dit raamwerk is gebouwd op een algemeen bestuursbeleid dat de Chinezen hebben aangenomen, genaamd uitgebreide producentenverantwoordelijkheid of EPR. Het achterliggende concept is om de verantwoordelijkheid stroomopwaarts te verschuiven van de lokale en provinciale overheden naar de producenten zelf.
De Chinese overheid heeft EPR (Extended Producer Responsibility) ingevoerd, een principe dat volgens mij begin jaren 2000 in de westerse academische wereld is ontstaan. Dit als reactie op EU-richtlijnen met betrekking tot het groeiende probleem van elektronisch afval. Het is logisch dat de overheid uiteindelijk al dit afval opruimt. Bedrijven die dit afval produceren, zullen er immers nooit toe worden aangezet om hun producten recyclebaarder te maken. In de geest van EPR moeten alle fabrikanten van EV-accu's daarom accu's ontwerpen die gemakkelijk te demonteren zijn en hun klanten technische informatie over de levensduur van de accu verstrekken.De fabrikanten van elektrische voertuigen worden op hun beurt aangemoedigd om ofwel hun eigen netwerken voor het inzamelen en recyclen van accu's op te zetten en te beheren, ofwel dit uit te besteden aan een derde partij. De overheid zal helpen bij het vaststellen van nationale normen om het proces te stroomlijnen. Het raamwerk lijkt op het eerste gezicht veelbelovend, maar er zijn enkele duidelijke nadelen.
Nu we de geschiedenis en het beleid kennen, kunnen we dieper ingaan op een aantal technische details over de recycling van EV-accu's. Afgedankte accu's komen via twee kanalen in het systeem terecht: vanuit auto's waarbij de accu wordt vervangen en vanuit auto's aan het einde van hun levensduur. In het laatste geval zit de accu nog in de auto en wordt deze verwijderd als onderdeel van het demontageproces. Dit is nog steeds een zeer handmatig proces, vooral in China. Daarna volgt een stap die voorbehandeling wordt genoemd. De accucellen moeten uit het accupakket worden gehaald en geopend, wat een uitdaging is omdat er geen standaard accupakketontwerp bestaat. Dit moet dus handmatig gebeuren met behulp van gespecialiseerd gereedschap.
Zodra de batterij verwijderd isd, wat gebeurt er next hangt af van het type lithium-ionbatterij in de auto. Laten we beginnen met de NMC-batterij, de meest voorkomende in China. Vier NMC-batterijen willen recyclers terugwinnen. De kathode-actieve materialen. Een economische analyse uit 2019 schat dat, hoewel ze slechts 4% van het gewicht van de batterij uitmaken, ze meer dan 60% van de totale restwaarde van de batterij vertegenwoordigen. NMC-recyclingtechnologieën zijn relatief volwassen. Sony was in 1999 een pionier. Er zijn twee belangrijke technologische methoden: pyrometallurgisch en hydrometallurgisch. Laten we beginnen met pyrometallurgisch. Pyro betekent vuur. De batterij wordt gesmolten tot een legering van ijzer, koper, kobalt en nikkel.
De waardevolle stoffen worden vervolgens teruggewonnen met behulp van hydrometallurgische methoden. Bij pyrolytische methoden worden elektrolyten, kunststoffen en lithiumzouten verbrand. Niet alles kan dus worden teruggewonnen. Er komen giftige gassen vrij die verwerkt moeten worden, en het is een energie-intensief proces, maar het is wel breed geaccepteerd door de industrie. Hydrometallurgische methoden gebruiken een waterig oplosmiddel om de gewenste materialen, zoals kobalt, van de verbinding te scheiden. De meest gebruikte oplosmiddelen zijn zwavelzuur en waterstofperoxide, maar er zijn er ook veel andere. Geen van beide methoden is ideaal en er is verder onderzoek nodig om hun technische tekortkomingen aan te pakken. Lithium-ijzerfosfaatbatterijen vertegenwoordigen ongeveer 30% van de Chinese markt voor elektrische voertuigen (cijfers uit 2019). De energiedichtheid van deze batterijen is niet zo hoog als die van hun NMC-tegenhangers, maar ze bevatten geen elementen zoals nikkel en kobalt. Ze zijn waarschijnlijk ook veiliger.
China is ook wereldleiderHet Chinese bedrijf Contemporary Ampere Technology is een van de toonaangevende fabrikanten van lithiumijzerfosfaatbatterijen en is een belangrijke speler in de wetenschap en commercialisering van lithiumijzerfosfaat. Het zou logisch zijn dat de Chinese industrie deze cellen ook zou kunnen recyclen. Het recyclen van deze cellen blijkt echter technisch gezien lastiger dan verwacht. Dit komt deels doordat ze een meer gevarieerde materiaalsamenstelling hebben, wat extra, kostbare voorbehandeling vereist.en dan economisch lithiumIJzerfosfaatbatterijen bevatten niet dezelfde waardevolle metalen als NMC-batterijen, zoals nikkel, koper en kobalt. Dit heeft geleid tot een gebrek aan investeringen in deze niche. Er zijn echter enkele veelbelovende hydrometallurgische experimenten die erin geslaagd zijn om tot 85% van het lithium in de vorm van lithiumcarbonaat te winnen.Er wordt gespeculeerd dat het ongeveer 650 dollar zou kosten.verwerkeneen enorme hoeveelheid gebruikte lithium-ijzerfosfaatbatterijen. Dat omvat de energie- en materiaalkosten, exclusief de kosten voor de bouw ervan.fabriek. De potentiële terugwinning en wederverkoop van lithium zou recycling economisch haalbaarder kunnen maken, maar het is nog te vroeg om daar een definitief oordeel over te vellen. Zijn deze methoden al op commerciële schaal geïmplementeerd? Het kader van 2018 schetst veel, maar laat ook een aantal zaken te wensen over. Zoals we allemaal weten, loopt niet alles altijd even soepel. Er zijn een paar hiaten, dus laten we het even hebben over een aantal beleidsvragen die nog openstaan. De belangrijkste statistische doelstelling bij de publicatie is de terugwinning van grondstoffen. 98% van nikkelkobalt, 85% van mangaan voor lithium zelf en 97% voor zeldzame aardmetalen. Theoretisch is dit allemaal mogelijk. Ik heb het bijvoorbeeld net gehad over het terugwinnen van 85% of meer van het lithium uit lithium-ijzerfosfaatbatterijen. Ik heb ook gezegd dat het moeilijk zal zijn om dit theoretische maximum te bereiken vanwege inefficiënties en verschillen in de praktijk. Vergeet niet dat er veel manieren zijn waarop batterijcellen kunnen worden gemaakt, verpakt, verkocht en gebruikt. Er is nog lang geen sprake van standaardisatie zoals we die zien bij de cilindervormige accu's die in de 7-Eleven worden verkocht. Het beleidskader mist concrete subsidies en nationale steun om dit te realiseren. Een andere grote zorg is dat het economisch beleidskader geenEr moet geld worden vrijgemaakt om de inzameling van gebruikte accu's te stimuleren. Er zijn een paar proefprogramma's voor terugkoop die door gemeenten worden uitgevoerd, maar niets op nationaal niveau. Dit zou kunnen veranderen, bijvoorbeeld met een heffing of belasting, maar momenteel moeten de spelers in de private sector dit zelf financieren. Dit is een probleem, omdat er weinig economische prikkel is voor deze grote fabrikanten van elektrische voertuigen om hun accu's in te zamelen en te recyclen.
Tussen 2008 en 2015 daalden de productiekosten van EV-accu's van 1000 dollar per kilowattuur naar 268 dollar. Naar verwachting zet deze trend zich de komende jaren voort. De lagere kosten hebben elektrische auto's toegankelijker gemaakt dan ooit, maar tegelijkertijd is de stimulans om deze accu's in te zamelen en te recyclen afgenomen. Omdat deze accu's bovendien onderling verschillen, is het lastig om de inzamel-, voorbehandelings- en recyclingprocessen op te schalen, waardoor het hele proces een kostenpost wordt voor de fabrikanten, die sowieso al met krappe marges werken.
Desondanks zijn de fabrikanten van elektrische voertuigen wettelijk gezien als eerste verantwoordelijk voor het verwerken en recyclen van hun oude, gebruikte accu's. Ondanks de economische onaantrekkelijkheid van de hele onderneming, hebben ze zich ijverig ingezet om samen te werken met grote bedrijven en officiële kanalen voor accurecycling op te zetten. Er zijn een aantal grote recyclingbedrijven ontstaan, zoals Tyson Recycling, Zhejiang Huayou Cobalt, Jiangxi Ganfeng Lithium, Hunan Brunp en marktleider GEM. Maar ondanks het bestaan van deze grote, erkende bedrijven, bestaat het grootste deel van de Chinese recyclingsector uit kleine, niet-erkende werkplaatsen. Deze informele bedrijven beschikken niet over de juiste gereedschappen of training. Ze gaan in principe naar...Deze bedrijven ronselen deze batterijen voor hun kathodematerialen, verkopen ze door aan de hoogste bieder en dumpen de rest. Dit vormt uiteraard een enorm veiligheids- en milieurisico. Door het omzeilen van wet- en regelgeving kunnen deze illegale werkplaatsen EV-eigenaren meer betalen voor hun batterijen, waardoor ze de voorkeur krijgen boven zogenaamde officiële kanalen. Het recyclingpercentage van lithium-ionbatterijen in China bleef in 2015 vrij laag, rond de 2%. In 2019 is dit gestegen naar 10%. Dat is een verbetering, maar nog lang niet ideaal. Het kader van 2018 stelt bovendien geen streefpercentage voor de inzameling van batterijen. Een opmerkelijke omissie. China kampt al langer met dit probleem op een ander batterijgebied: de aloude loodzuurbatterij, een technologie die al 150 jaar bestaat.Loodaccu's worden in China veel gebruikt. Ze geven hun auto's een extra aantrekkingskracht en zijn nog steeds erg populair voor elektrische fietsen. Dit ondanks recente regelgeving die de vervanging ervan door lithium-ionaccu's stimuleert. De recycling van loodaccu's in China blijft echter ver achter bij de verwachtingen en normen. In 2017 werd minder dan 30% van de 3,3 miljoen ton loodaccuafval dat in China werd geproduceerd, gerecycled. De redenen voor dit lage recyclingpercentage zijn vergelijkbaar met die van lithium-ionaccu's. Illegale werkplaatsen omzeilen de regels en voorschriften en kunnen daardoor veel meer betalen voor de accu's van consumenten. De Romeinen hebben duidelijk gemaakt dat lood niet bepaald de meest milieuvriendelijke stof is. China heeft de afgelopen jaren meerdere ernstige loodvergiftigingsgevallen meegemaakt als gevolg van deze onjuiste verwerking. Daarom heeft de overheid onlangs beloofd hard op te treden tegen deze illegale werkplaatsen, waarvan er naar schatting meer dan 200 in het hele land zijn. Het doel is om in 2020 een recyclingpercentage van 40% te halen en in 2025 70%. Gezien het feit dat het recyclingpercentage van loodzuuraccu's in Amerika al sinds minstens 2014 op 99% ligt, zou dat niet zo moeilijk moeten zijn.
Gezien de technische en ecologische aspectenGezien de economische moeilijkheden die gepaard gaan met het recyclen van EV-accu's, heeft de industrie nagedacht over manieren om deze accu's beter te benutten voordat ze worden afgedankt. De meest veelbelovende optie is hergebruik in projecten voor het elektriciteitsnet. Deze accu's hebben immers nog 80% van hun capaciteit en kunnen nog vele jaren meegaan voordat ze definitief de geest geven. De Verenigde Staten lopen hierin voorop. Zij experimenteren al sinds 2002 met gebruikte autoaccu's voor stationaire energieopslagprojecten. Maar ook China heeft een aantal interessante demonstratieprojecten uitgevoerd. Een van de langstlopende is het Zhangbei wind- en zonne-energieproject in de provincie Hebei. Dit project van 1,3 miljard dollar is een gezamenlijke inspanning van het Chinese staatsbedrijf State Grid en EV-accufabrikant BYD en heeft de haalbaarheid aangetoond van het gebruik van tweedehands EV-accu's ter ondersteuning en het beheer van een elektriciteitsnet. De afgelopen jaren zijn er steeds meer projecten voor het recyclen van EV-accu's gestart, onder andere in Beijing en Jiangsu. De overheid legt hier veel nadruk op, maar ik denk dat dit uiteindelijk meer een tijdelijke oplossing is dan een daadwerkelijke oplossing voor het recyclingprobleem. Omdat elke batterij uiteindelijk ofwel gerecycled wordt, ofwel op de vuilstort belandt. De Chinese overheid heeft bewonderenswaardig werk verricht door de ontwikkeling van dit bloeiende ecosysteem te stimuleren. Het land is onbetwist leider op bepaalde gebieden van batterijtechnologie en diverse grote bedrijven in de V-klasse zijn er gevestigd. Ze hebben de kans om de uitstoot van auto's echt terug te dringen. In zekere zin is dit recyclingprobleem dus een prettig probleem. Het is een teken van het succes van China. Maar het probleem blijft bestaan en de industrie treuzelt met het opzetten van de juiste recyclingnetwerken, regelgeving en technologieën.
De Chinese overheid kan het Amerikaanse beleid als leidraad nemen om consumenten aan te moedigen tot correct recyclen. Subsidies moeten worden verstrekt aan bedrijven in de voorbehandelings- en recyclingtechnologie, niet alleen aan de productiebedrijven. Anders zullen het energieverbruik en de milieuschade die gepaard gaan met het afvoeren van deze batterijen zwaarder wegen dan de voordelen van de overstap naar elektrische voertuigen.
Geplaatst op: 1 augustus 2023