Afbeelding tegoed:AlexanDior/Shutterstock

Mogelijk ontvangen wij een commissie over aankopen die via de links in dit artikel worden gedaan.

Wanneer het woord ‘lithium’ opduikt, denken de meeste mensen meteen aan batterijen. Het zachte alkalimetaal vormt de ruggengraat van de lithium-iontechnologie en voedt smartphones, oordopjes, smartwatches, elektrische voertuigen en zelfs gewone wegwerpbatterijen.

Huishoudelijke merken zoals Energizer produceren AA-batterijen die grotendeels afhankelijk zijn van lithium. Hoewel deze wegwerpcellen vaak na eenmalig gebruik worden weggegooid, wordt hun lithiumgehalte zelden teruggevonden. Zelfs oplaadbare eenheden hebben een beperkte levensduur en worden vaak weggegooid, waardoor het metaal ongeraffineerd achterblijft en effectief wordt verspild.

Nu miljarden batterijen elk jaar worden weggegooid, is het logisch dat je je afvraagt:naderen we een lithiumtekort, en wat zou dat betekenen voor onze technologiegedreven wereld?

Lithium is een eindige hulpbron en de winning ervan is geconcentreerd in ontwikkelingslanden waar het toezicht op milieu- en ethisch gebied beperkt kan zijn. Hoewel verstoringen van de toeleveringsketen een groter onmiddellijk risico vormen dan een mondiale uitputting, zijn de langetermijnvooruitzichten voor lithium gemengd. Geologisch onderzoek bevestigt dat de aardkorst aanzienlijke reserves bevat, maar de uitdaging ligt in het economisch winnen ervan.

Waar lithium vandaan komt

Afbeelding tegoed:Bloomberg Creative/Getty Images

De kwetsbaarheid van de mondiale lithiummarkt hangt meer af van de producerende landen dan van de totale reserves. De U.S. Geological Survey beschrijft de lithiumreserves in de wereld als ‘relatief overvloedig’, en de vooruitgang in de extractietechnologie verhoogt voortdurend de hoeveelheid lithium die haalbaar kan worden gewonnen. Volgens de huidige schattingen bedragen de winbare reserves ongeveer 24 miljoen ton, een cijfer dat naar verwachting zal stijgen naarmate de methoden verbeteren.

In 2024 bedroeg de mondiale productie ongeveer 265.000 ton. Toch waren slechts zes landen – Argentinië, Australië, Brazilië, Chili, China en Zimbabwe – goed voor bijna 40% van die productie. Hoewel het merendeel van het lithium in deze landen wordt gewonnen, zijn de bedrijven die de winsten binnenhalen vaak multinationaal. De Chileense LSM (La Sociedad Química y Minera) domineert bijvoorbeeld de lokale winning en heeft ook aanzienlijke belangen in Australische deposito's. Albemarle, met hoofdkantoor in de VS, exploiteert mijnen in de VS, Chili en Australië. Canadese bedrijven betrekken lithium in Chili, en Chinese bedrijven investeren in Australische mijnen.

Omdat de grootste mijnbouwbedrijven over de grenzen heen opereren, is de toeleveringsketen inherent kwetsbaar. Het besluit van een enkel land om zijn lithiumvoorraden te nationaliseren of te beperken – de beslissing van Chili in 2023 bijvoorbeeld – zou door de wereldmarkt kunnen stromen en de prijzen en beschikbaarheid kunnen destabiliseren.

Zonder lithium zouden we zonder batterijen komen te zitten

Afbeeldingscredit:IM Imagery/Shutterstock

Mocht de wereld haar lithiumvoorraden opraken, dan zou de batterijsector met een catastrofaal tekort te maken krijgen. Lithium-ioncellen worden op natuurlijke wijze afgebroken door oxidatie van elektrolyten, herhaalde oplaadcycli en mechanische slijtage, en bereiken uiteindelijk een punt waarop vervanging noodzakelijk is. Het recyclingpercentage voor lithium is alarmerend laag:slechts ongeveer 5% van het metaal wordt teruggewonnen, waardoor het grootste deel op de vuilstort achterblijft.

Fabrikanten van elektrische voertuigen zouden de klap het meest acuut voelen, aangezien bijna alle elektrische voertuigen afhankelijk zijn van lithium-ionpakketten met een beperkte levensduur. Zonder vers lithium ter vervanging van gebruikte cellen zouden nieuwe voertuigen stilvallen en zouden bestaande wagenparken geleidelijk hun actieradius verliezen. Naast transport voeden lithiumbatterijen talloze consumentenelektronica (draadloze oordopjes, speelgoed, elektrisch gereedschap) en spelen ze een cruciale rol in de opslag op netwerkschaal die de basis vormt voor duurzame energiesystemen. Een mondiaal lithiumtekort zou daarom een wijdverbreide energiecrisis veroorzaken.

De urgentie van het vervangen van de volledige batterijchemie kan echter worden overschat. Als een nieuw materiaal lithium zou kunnen vervangen binnen de bestaande celarchitectuur, zouden fabrikanten de huidige ontwerpen kunnen blijven produceren en tegelijkertijd kunnen overstappen op een andere ionenbron.

Natrium en de jacht op lithiumalternatieven

Afbeelding tegoed:gcarnero/Shutterstock

Ingenieurs onderzoeken al natriumionbatterijen als haalbare vervanging. Natrium is overvloedig aanwezig – ongeveer 1200 keer overvloediger dan lithium – en wordt gemakkelijk gewonnen uit zeewater, grond en zelfs keukenzout. De lage kosten en de hoge beschikbaarheid van het materiaal maken het een aantrekkelijke kandidaat.

De afweging is prestatie. Natriumioncellen hebben een maximale energiedichtheid van ongeveer 160 Wh/kg, vergeleken met 220 Wh/kg voor lithiumiontechnologie. Bijgevolg zou een natriumionenpakket ongeveer 30% groter moeten zijn om dezelfde capaciteit te leveren – een aanzienlijk nadeel voor gewichtsgevoelige toepassingen zoals elektrische voertuigen. Bovendien ondergaan natrium-ion-cellen doorgaans 5000 tot 6000 oplaadcycli voordat ze verslechteren, wat ongeveer de helft is van de levensduur van lithium-ion-batterijen, die 10.000 cycli of meer kunnen bereiken.

Ondanks deze beperkingen kunnen natriumionbatterijen nog steeds dienen voor grootschalige opslag waar het volume minder kritisch is. Het Chinese BESS-project maakt bijvoorbeeld gebruik van 40 MWh aan lithium-ionopslag, wat het potentieel voor oplossingen op netschaal illustreert.

Potentiële alternatieven voor lithium

Afbeelding tegoed:Surasak_Photo/Shutterstock

Naast natrium evalueren onderzoekers een spectrum aan alternatieven – van vastestofchemie tot onconventionele concepten zoals vloeibare batterijen en op zeewater gebaseerde cellen. Vloeibare batterijen voorzien een toekomst waarin voertuigen verse, voorgeladen elektrolyt krijgen – net zoals het tanken van een benzineauto – waardoor de behoefte aan traditionele oplaadinfrastructuur wordt geëlimineerd. Vastestofbatterijen verwijderen de vloeibare elektrolyt volledig en gebruiken vaste materialen zoals sulfiden, oxiden of polymeren om ionen te geleiden. Een veelbelovende lijn van werk, verdedigd door Nobelprijswinnaar JohnGoodenough, stelt op glas gebaseerde elektrolyten voor die veiligheids- en prestatievoordelen kunnen bieden, hoewel de commerciële levensvatbaarheid onbewezen blijft.

Hoewel solid-state-ontwerpen veelbelovend zijn, heeft geen enkel materiaal de combinatie van energiedichtheid, levensduur en kosten van lithium geëvenaard. Als gevolg hiervan blijven marktleiders zwaar investeren in de verfijning van lithiumionen, terwijl parallel onderzoek alternatieven onderzoekt.