Via gebruik in smartphones heeft de Li-ion-batterij onze ‘draagbare energie’ enorm verhoogd. Nu is ze aan een knappe opmars bezig in lichte transportmiddelen en in allerhande (tuin)gereedschap. Twee omwisselbare batterijen van 4 en 3 kg voorzien mijn grasmaaier, bosmaaier, boomzaag, kantensnijder, frees, heggenschaar… van uitwisselbare energie.

Ik kan er de welige natuur van mijn tuin (1800 m2) en die van mijn zus (300 m2) probleemloos mee onder controle houden. Alles in het pakket is combineerbaar. Het beneemt dus veel minder plaats dan mijn vroegere luidruchtige benzineslikkers. En het materieel levert een minstens even groot vermogen (watt, pk…) als mijn benzine-aangedreven oude generatie. Lijkt het dan niet logisch om ook te overwegen de auto later te vervangen door een e-auto (indien betaalbaar)?

Werkgebied van de Li-ion-batterij

Maar, hoe meer energie het aan te drijven toestel nodig heeft, hoe moeilijker het succesverhaal wordt. De Li-ion batterij bevat, voor een gelijk gewicht, minstens zo’n 50 maal minder energie (watt x tijd) dan benzine. Die batterij gaat wél veel efficiënter om met haar energie dan de ontploffingsmotor. De lage energiedensiteit (energie per kg) kan nog een beetje verhoogd worden, maar verwacht een evolutie naar een plateauwaarde.

Dus genoeg energie in de 500 kg zware batterij van een auto hebben, blijft een e-auto-eigenaar cijferwerk opleveren. Geraak ik er wel? Maar vooral het honderdvoudige (!) gewicht van de batterijen tegenover deze van bovenvermeld licht tuingereedschap, en elektrische fietsen, roept vragen op. Is dit geen ecoterrorisme, in een meer en meer met mensen en auto’s bevolkte wereld?

Berekening ecologische impact

Er zijn al wat studies gepubliceerd over de ecologische impact van e-auto’s. Die variëren van ‘minder ecologisch dan een dieselauto’, tot ‘veel ecologischer dan verbrandingsmotoren’. Eén van de laatste rapporten hierover is ééntje van de universiteit van Eindhoven: Comparing the lifetime green house gas emissions of electric cars with the emissions of cars using gasoline or diesel. E-auto versus verbrandingsmotor, dus. De auteurs komen tot de optelsom dat een Tesla model 3 zijn Li-ion batterij ‘ecologisch’ terugbetaald heeft na 30.000 km, als je hem vergelijkt met een Mercedes C 220d. Het Engelstalige rapport (versie 3 september) is leesbaar opgesteld, als je je niet ergert aan continue taalfouten en mysterieuze zinsconstructies.

Wat mij als wetenschapper veel meer ergert, is dat de ecologische-impactberekening weer geen rekening houdt met de mijnontginning en met de recuperatie van de batterijcomponenten. Beide processen hebben ecologisch negatieve gevolgen, en vergen veel energie (lees: petroleum). Recuperatie van de batterijcomponenten zou de prijs van EV’s stevig opdrijven. De huidige bestemming voor Li-ion batterijen (en voor zonnepanelen en windmolens) is eenvoudig: de stortplaats.

Problematische ontginning

Bij de berekening van de milieu-impact van Li-ion-batterijen voor elektrische auto’s worden ontginning en ontmanteling gewoon over het hoofd gezien. Een levenscyclusanalyse behelst altijd winning van de benodigde grondstoffen, productie, transport, gebruik en ontmanteling. Om een Tesla model 3 te maken, heb je 500 kg Li-ion-batterij nodig. Dat betekent 7 kg lithium, 35 kg kobalt, 20 kg nikkel, 25 kg mangaan, 50 kg koper, 75 kg aluminium, en 80 kg speciale grafiet (koolstof).

Niks abnormaals in vergelijking met een gewone auto. Behalve dan dat we nog eens extra veel koper en meer aluminium nodig hebben. En dat lithium, kobalt, nikkel, mangaan, en zeldzame grafietsoorten erbij komen. Een enorme toename van ontginningsactiviteiten in de mijnindustrie dus. Dat kan gaan van processen waarbij hoge temperaturen en koolstof nodig zijn, tot chemische behandeling waarbij agressieve chemicaliën gebruikt worden, en massa’s rivierwater. Dat vergt allemaal veel energie, dus petroleum, dus ongewenste CO₂. Want ‘energie’ betekent op wereldniveau niet bepaald wind en zon. Die laatste zijn slechts goed voor 1,2%. Dat blijkt duidelijk uit de gegevens inzake energieverdeling.

Problematische recuperatie

Je kan de batterij verbranden, en de metaaloxide-as verder chemisch uiteen puzzelen. Dan produceer je CO₂, en gasvormige fluorverbindingen, en dat is niet de bedoeling van een ‘circulaire’ economie. Alles vermalen tot poeder en de metalen chemisch verwijderen dan maar. Je hebt daar wel zoutzuur, salpeterzuur, zwavelzuur, waterstofperoxide en andere leuke chemicaliën voor nodig. En meer energie dan wanneer je de natuur verder plundert om deze chemicaliën door mijnactiviteiten te bekomen. Zolang de voorraad strekt. Heel wat universiteiten ‘bekijken’ het probleem. Hoe ze het ook bekijken, een product uiteen halen in zijn componenten, als de graad van menging groot is, kost een grote hoeveelheid energie. Dat is een basiswet van de wetenschap.

Wat een verschil met een loodbatterij, waar je het kan houden bij… lood. En dat lood is probleemloos voor 90% te recupereren, te gebruiken in een andere loodbatterij. Van een ‘circulaire’ productie gesproken. Dat verhaaltje gaat dus niet op bij Li-ion batterijen. Het eindproduct wordt niet omgezet tot het beginproduct, of tot andere nuttige producten. De natuur doet dat wél. Alle leven wordt opgeruimd, ontmanteld, en omgezet tot nieuw leven. En zolang we de economie niet structureren naar analogie en in evenwicht met de natuur, zijn we niet goed bezig.

Wachten op juiste toepassing en recyclage

Er is geen oplossing voor het verwerken van Li-ion-batterijen, zonnepanelen en windmolens, behalve dumpen op een stortplaats. Volgens racefietsontwerper Trek bevat 1 wiek van 1 windmolen genoeg speciaal koolstofmateriaal voor hun totale jaarlijkse fietskaderproductie. Er zijn voldoende aanwijzingen dat afgedankte koolstofkaders in Aziatische zeeën gedumpt worden. Maar massa’s kobalt, koper, nikkel, mangaan… weggooien in de natuur lijkt een brug te ver.

De Li-ion-batterij is door mijn generatie elektrochemici ontwikkeld. Het is een prachtig stuk elektrochemie, maar het moet zijn juiste toepassingen en recyclage vinden. Het is wachten op goede ontwerpen voor de volgende generatie praktische, lichte, veilige, en comfortabele vervoermiddelen voor korte afstand.

mangaan

Li-ion-autobatterij verslindt grondstoffen