Overal ter wereld groeit de vraag naar lithiumwinning, vooral door het toenemende gebruik van lithium in elektronische batterijtechnologieën en elektrische voertuigen. Maar waar komt lithium vandaan en hoe wordt het geproduceerd? Hier volgt een uitleg met alles wat u moet weten, inclusief de milieueffecten.
Basaal gezien is lithium een zeer reactief alkalimetaal met een uitstekend warmte- en elektrisch geleidingsvermogen. Dergelijke eigenschappen maken het bijzonder nuttig voor de productie van smeermiddelen, geneesmiddelen, glas en, het belangrijkst, lithium-ionbatterijen voor elektrische auto’s en consumentenelektronica.
Maar lithium kan niet zomaar in de natuur worden gevonden, omdat het zeer reactief is. In plaats daarvan is het aanwezig als bestanddeel van zouten of andere verbindingen. Het meeste lithium dat op de markt verkrijgbaar is, is te vinden als lithiumcarbonaat, een stabielere verbinding die vervolgens kan worden omgezet in chemicaliën of zouten.
Lithiumzouten kunnen worden gevonden in ondergrondse afzettingen van klei, mineraalerts en pekel, maar ook in geothermisch water en zeewater. Het grootste deel van het lithium in de wereld komt uit mijnen, waar het wordt gewonnen. Pekelmeren, ook wel salars genoemd, hebben de hoogste concentratie lithium, variërend van 1.000 tot 3.000 delen per miljoen.
Lithiumwinning
De salars met de hoogste lithiumconcentraties bevinden zich in Bolivia, Argentinië en Chili, in een gebied dat “de lithiumdriehoek” wordt genoemd. Het uit de salars gewonnen lithium wordt vervolgens teruggewonnen in de vorm van lithiumcarbonaat, de belangrijkste grondstof die door bedrijven wordt gebruikt in lithium-ionbatterijen.
De winning van lithium in salars is normaal gesproken een zeer langdurig proces dat acht maanden tot drie jaar kan duren. De mijnbouw begint met het boren van een gat en het pompen van pekel naar de oppervlakte. Dan laat men het maandenlang verdampen, waarbij eerst een mengsel van mangaan, kalium, borax en zouten ontstaat dat wordt gefilterd en in een ander verdampingsbekken wordt geplaatst.
Het zal 12 tot 18 maanden duren voordat die mix voldoende gefilterd is om het lithiumcarbonaat, ook bekend als het witte goud, te kunnen extraheren. Hoewel het goedkoop en doeltreffend is, is voor het proces veel water nodig, naar schatting 500.000 gallons per ton gewonnen lithium.
Dit zorgt voor veel druk op de lokale gemeenschappen die in nabijgelegen gebieden wonen. In Chili’s Salar de Atacama bijvoorbeeld, heeft de mijnbouw ervoor gezorgd dat de regio 65% van haar water heeft verloren. Dit heeft gevolgen gehad voor de plaatselijke boeren, die voor hun levensonderhoud afhankelijk zijn van landbouw en vee en nu het water ergens anders vandaan moeten halen.
De risico’s van lithiumwinning
Het gebrek aan water in de regio is niet alleen het enige potentiële probleem van lithiumwinning. Giftige chemicaliën kunnen uit de verdampingsbassins naar de watervoorziening lekken, zoals zoutzuur, dat wordt gebruikt bij de verwerking van lithium – evenals afvalproducten die uit de pekel kunnen filteren.
In de Verenigde Staten, Canada en Australië wordt lithium gewoonlijk uit het gesteente gewonnen met behulp van meer traditionele methoden. Dit vereist echter nog steeds het gebruik van chemicaliën om het in een bruikbare vorm te extraheren. In Nevada werden bij het onderzoek bijvoorbeeld effecten op de vis aangetroffen die zich 150 mijl stroomafwaarts van een lithiumverwerkingsinstallatie bevinden.
In een rapport van Friends of the Earth wordt gesteld dat de winning van lithium de bodem kan aantasten en luchtverontreiniging veroorzaakt. In het gebied Salar del Hombre Muerto in Argentinië klagen bewoners dat lithium stromen vervuilt die door mensen en vee worden gebruikt, terwijl er in Chili botsingen zijn geweest tussen mijnbouwbedrijven en de plaatselijke bevolking.
Betere technologieën voor lithiumwinning
Onderzoekers stellen dat er behoefte is aan de ontwikkeling van nieuwe winningstechnologieën die de fabricage van batterijen op een milieuvriendelijker manier mogelijk maken. Daarom zoeken velen in de wereld naar nieuwe alternatieven, zoals batterijchemicaliën die kobalt en lithium vervangen door meer gebruikelijke en minder toxische materialen.
Niettemin zouden nieuwe batterijen die minder energie-dicht of duurder zijn, uiteindelijk een negatief effect op het milieu kunnen hebben. “Een minder duurzaam, maar duurzamer apparaat kan een grotere koolstofvoetafdruk met zich meebrengen als je eenmaal rekening houdt met het vervoer en de extra verpakking die nodig is,” aldus Christina Valimaki, analist bij Elsevier.
Het kunnen recyclen van lithium-ion speelt ook een belangrijke rol. In Australië bleek uit onderzoek dat slechts 2% van de 3.300 ton lithium-ion-afval van het land werd gerecycled. Dat kan problemen opleveren, omdat ongewenste elektronica met batterijen op stortplaatsen terecht kan komen en metalen en ionische vloeistoffen in ondergrondse waterreservoirs kunnen lekken.
Het Birmingham Energy Institute gebruikt robotica-technologie die oorspronkelijk is ontwikkeld voor kerncentrales om te zoeken naar manieren om potentieel explosieve lithium-ioncellen uit elektrische voertuigen te verwijderen en te ontmantelen. Er waren een aantal branden in recyclingfabrieken waar lithium-ionbatterijen verkeerd zijn opgeslagen.
Een belangrijk probleem is dat fabrikanten meestal geheimzinnig doen over wat er eigenlijk in de batterijen gaat, wat het moeilijk maakt om ze op de juiste manier te recyclen. Nu worden teruggewonnen cellen meestal versnipperd, wat leidt tot een mengsel van metalen die kunnen worden gescheiden met behulp van pyrometallurgische technieken.
Groeiende vraag
De wereldwijde betovering over mobiele apparaten en allerlei technologische snufjes hebben geleid tot een groeiende vraag naar lithium-ionbatterijen. Dat geldt vooral voor elektrische voertuigen, aangezien de wereld in de nabije toekomst wil stoppen met het gebruik van fossiele brandstoffen om de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen te verminderen.
Voor 2025 wordt verwacht dat de vraag naar lithium zal toenemen tot ongeveer 1,3 miljoen ton LCE (lithiumcarbonaat-equivalent). Dat is vijf keer het huidige niveau. Een lange lijst van autofabrikanten is daar verantwoordelijk voor. Volkswagen hoopt bijvoorbeeld in de komende 10 jaar meer dan 70 elektrische automodellen te lanceren.
De groei van de vraag naar lithium kan ook worden gekoppeld aan een aankondiging van China in 2015, waarbij het prioriteit geeft aan elektrische voertuigen als onderdeel van zijn vijfjarenplan. In de periode van 2016 tot 2018 zijn de lithiumprijzen meer dan verdubbeld en er wordt verwacht dat ze zullen blijven stijgen naarmate de vraag toeneemt.
De open vraag is welke gevolgen een dergelijke vraag zal hebben voor het milieu en de gemeenschappen in de buurt van de zoutmijnen waar het lithium wordt gewonnen. Hoe meer gadgets en elektrische voertuigen, hoe meer lithium er in de toekomst nodig zal zijn, waardoor de noodzaak ontstaat om milieuvriendelijker winningstechnieken te ontwikkelen.