We moeten de accu’s in elektrische auto’s gaan recyclen

In de accu’s van elektrische voertuigen spelen metalen als kobalt en lithium een belangrijke rol. Als we willen voorkomen dat we nieuwe voorraden van deze metalen moeten delven, dan zullen we ze moeten recyclen.

Toen Ford onlangs zijn nieuwe model F-150 Lightning presenteerde, de geheel elektrische versie van de meest verkochte auto in de VS, was dat een belangrijk moment in de korte geschiedenis van elektrische voertuigen (EV’s). De drie ton zware en met 630 pk’s uitgeruste truck kost – met inbegrip van een federaal belastingvoordeel – slechts 26.615 euro en roept vergelijkingen op met het beroemde Model T van Ford, het voertuig dat lang geleden de aanschaf van een auto door de middenklasse mogelijk maakte. In de eerste 48 uur nadat het op accu’s rijdende model werd gepresenteerd, kwamen er bij Ford circa 45.000 bestellingen voor de truck binnen, wat gelijkstaat aan bijna twintig procent van alle nieuw geregistreerde EV’s in de VS in 2020.

Samen met honderden elektrische modellen van andere grote autofabrikanten toont de introductie van de F-150 Lightning aan dat de revolutie in elektrische voertuigen eindelijk bij het grote publiek aanslaat. Maar terwijl de elektrische aandrijftechniek – die een belangrijke rol in de strijd tegen de klimaatverandering speelt – steeds populairder wordt, doet zich een nieuwe uitdaging voor: waar halen we de metalen vandaan die in de accu’s voor elektrische voertuigen worden gebruikt?

Het lithium, nikkel, kobalt en koper dat in deze accu’s wordt toegepast, is allemaal in mijnen gedolven, en veel van die mijnen bevinden zich in landen als Rusland, Indonesië en de Democratische Republiek Congo, waar het toezicht op de milieuvoorschriften vaak gebrekkig is, de arbeidsomstandigheden ernstig tekortschieten en de mijnbouwsector vaak conflicten met plaatselijke gemeenschappen aanwakkert. Omdat het aantal EV’s naar verwachting van tien miljoen in 2020 naar zo’n 145 miljoen in 2030 zal stijgen, zal de vraag naar accumetalen ongetwijfeld sterk toenemen. Consumentenorganisaties die de sector in de gaten houden, waarschuwen ervoor dat de revolutie in elektrische voertuigen tot een economische boom in de vervuilende mijnbouwindustrie kan leiden.

Om de behoefte aan vers gedolven metalen te verminderen zullen EV-accu’s veel beter gerecycled moeten worden nadat ze zijn afgedankt. Hoewel nog maar weinig EV-accu’s het einde van hun normale levensduur hebben bereikt, zullen er in de komende decennia naar verwachting miljoenen tonnen aan onbruikbare accu’s moeten worden afgevoerd. De afgedankte accu’s zouden een aanzienlijk percentage van de benodigde metalen voor nieuwe accu’s kunnen leveren, maar om dat te bereiken, en om te voorkomen dat veel accu’s op de vuilnisbelt eindigen, zijn er slimmere recyclingmethoden en betere regels nodig.

“De manier waarop dit wordt gebracht, is dat we de klimaatproblematiek moeten aanpakken en dus meteen nieuwe mijnen moeten openen om deze metalen zo snel mogelijk te delven,” zegt Payal Sampat, directeur mijnbouwprogramma’s van de milieugroep Earthworks. “Dat werkt zeker op korte termijn, maar we moeten enkele goed doordachte oplossingen voor dit probleem zien te vinden die ook op lange termijn werken.”

Accu's in onderdelen

De accu’s die in elektrische voertuigen worden gebruikt, zijn complexe stukjes techniek, maar het basisprincipe waarop ze berusten, verschilt niet zoveel van de oplaadbare lithium-ion-batterij in een smartphone. De afzonderlijke accucellen bestaan elk uit een metalen kathode (die van lithium en een mix van andere metalen wordt gemaakt, waartoe kobalt, nikkel, mangaan en ijzer kunnen behoren), een anode van grafiet, een zogenaamde separator en een vloeibare elektrolyt die meestal uit lithiumzout bestaat. Wanneer geladen lithiumionen van de anode naar de kathode stromen, wordt er elektrische stroom opgewekt.

Eén enkele batterij van dit type is voldoende om een smartphone van de benodigde stroom te voorzien. Maar om een auto aan te drijven, zijn er bundels van duizenden batterijen nodig, meestal in een hele serie van modulen die tot ‘accupacks’ zijn samengevoegd en in een beschermende metalen behuizing zijn ondergebracht. Tezamen kunnen deze enorme elektrochemische sandwiches elk een halve ton wegen (naar verluidt weegt de accu van de F150 Lightning bijna een ton).

De meeste kostbare metalen die recyclers uit deze accu’s willen halen, zijn in de afzonderlijke accucellen verwerkt. Maar accu’s voor elektrische voertuigen zijn ontworpen om het vele jaren en duizenden kilometers uit te houden en dus niet erg geschikt om weer uit elkaar te halen. “Om allerlei heel logische redenen wil je niet dat ze zomaar uit elkaar vallen,” zegt Paul Andersen, hoofdonderzoeker van het recyclingproject voor lithium-ion-accu’s (ReLib) van de Faraday Institution, een onderzoeksinstituut van de University of Birmingham in Groot-Brittannië.

Terwijl het ontmantelen van EV-accu’s een kostbare en complexe zaak is, zijn de recyclingmethoden die vandaag de dag worden toegepast, tamelijk simpel. Nadat een afgedankte accu is ontladen en de stevige behuizing is verwijderd, worden de modulen vaak versnipperd en in een oven gegooid. Lichtere metalen als lithium en mangaan verbranden, waarna er een vloeibare legering achterblijft die uit kostbaarder metalen als koper, nikkel en kobalt bestaat. De afzonderlijke metalen kunnen vervolgens met behulp van agressieve zuren van elkaar worden gescheiden en gepureerd. Maar voor deze zogenaamde pyro- en hydrometallurgische processen is heel veel energie nodig en er komen ook veel giftige dampen bij vrij, die eveneens opgevangen en hergebruikt moeten worden.

Terwijl het kobalt en nikkel in accu’s vaak in flinke hoeveelheden wordt herwonnen, is het doorgaans niet lonend om het lithium uit de accu’s te halen en te recyclen, want het lithium dat bij deze processen overblijft, is vaak niet van voldoende kwaliteit om er nieuwe accu’s van te maken.

In de toekomst is er misschien een schonere en efficiëntere optie: directe recycling, oftewel het scheiden van het kathodemateriaal in de losse accucellen zelf. Daarbij zou deze chemische mix uit de cellen aangevuld kunnen worden met lithium dat door de accu is verbruikt, in plaats van dat afzonderlijke metalen uit die legering worden herwonnen. Volgens Gavin Harper, research fellow aan de Faraday Institution, staan methoden voor directe recycling nog in de kinderschoenen, maar zouden ze recyclers in de toekomst in staat stellen meer van de materialen uit accu’s te herwinnen en een waardevoller eindproduct te verkrijgen.

“Er zit waarde in ruwe grondstoffen, maar er zit nog veel meer waarde in de combinatie ervan,” zegt hij. “Dat zou een beetje de Heilige Graal van het recyclen zijn: het herwinnen van de waarde in de samenstelling van een gebruikt product, niet alleen van afzonderlijke materialen.”

Schaalvergroting

Volgens een schatting van het Internationale Energie-Agentschap IEA is er in de wereld capaciteit aanwezig om elk jaar zo’n 180.000 ton aan afgedankte EV-accu’s te recyclen. Ter vergelijking: alle elektrische voertuigen die in 2019 op de weg waren, zullen na hun bruikbare levensduur 500.000 ton aan accu-afval produceren.

En dan hebben we het slechts over één jaar. Het IEA schat dat in 2040 inmiddels 1300 gigawatt aan verbruikte accu’s gerecycled moet worden. Om dat in materieel gewicht uit te drukken, wijst Harper erop dat de accupack van tachtig kilowattuur in een Model 3 van Tesla ongeveer vijfhonderd kilo weegt. Als die 1300 gigawatt aan afgedankte accu’s allemaal van Model 3’s afkomstig zouden zijn, zou dat resulteren in bijna acht miljoen ton aan accu-afval – volgens Harper 1,3-maal het gewicht van de Piramide van Cheops.

Als de recycling op de juiste manier opgeschaald zou kunnen worden, zou uit die afvalberg een aanzienlijke hoeveelheid metalen herwonnen kunnen worden. In een scenario van duurzame ontwikkeling – waarin de markt voor EV’s in een tempo groeit dat strookt met de beperking van de aardopwarming tot twee graden Celsius – denkt het IEA dat in 2040 inmiddels twaalf procent van de metalen die voor de productie van EV’s nodig zijn, via recycling herwonnen kan worden. Maar als hetzelfde klimaatscenario wordt gecombineerd met wat optimistischer recycling-uitkomsten, dan zou het hergebruik van metalen uit accu’s een veel grotere rol kunnen spelen.

In een recent rapport dat in opdracht van Earthworks is opgesteld, is naar een scenario gekeken waarin honderd procent van de EV-accu’s zou worden ingezameld voor hergebruik en de herwinning van vooral lithium. In die hypothetische situatie zou in 2040 tot wel 25 procent van de totale vraag naar lithium voor de productie van EV’s kunnen worden gedekt, en 35 procent van het benodigde kobalt en nikkel.

Deze schattingen “zijn niet bedoeld om de toekomst te voorspellen,” schrijft Nick Florin, directeur onderzoek van de University of Technology Sydney en een van de auteurs van het rapport, in een e-mail. “We schetsen een mogelijke toekomst, om zo te kunnen onderzoeken welke belangrijke rol recycling zou kunnen spelen bij het vervangen van vers gedolven metalen.”

Om dat potentieel te bereiken moeten er volgens Florin en zijn medeauteurs stevige maatregelen door de overheid worden genomen om het recyclen van EV-accu’s te bevorderen. Dat zou kunnen inhouden dat de accu’s volgens een bepaald ontwerp gebouwd moeten worden, zodat recyclers ze gemakkelijker kunnen ontmantelen; dat dealers en fabrikanten de accu’s na gebruik moeten inzamelen; dat oude accu’s niet op vuilnisbelten terecht mogen komen; en dat er regels worden ingevoerd die het eenvoudiger maken om gevaarlijke accustoffen ten behoeve van recycling te vervoeren.

De Europese Unie heeft al regelgeving voor de afvoer van EV-accu’s ingevoerd die aansluit op het idee van de ‘verlengde verantwoordelijkheid van de producent’. Momenteel wordt die regelgeving geactualiseerd, zodat ze ook specifieke doelen voor het herwinnen van materialen uit oude accu’s omvat. Slechts drie Amerikaanse staten hebben regelgeving op basis van ‘verlengde verantwoordelijkheid van de producent’ ingevoerd, die fabrikanten van lithium-ion-accu’s ertoe verplicht om afgedankte accu’s op verantwoorde wijze af te voeren.

“Het leggen van de verantwoordelijkheid voor de afvoer van accu’s bij degene die deze accu’s op de markt brengt, is een zeer heldere beleidsoplossing,” zegt Benjamin Hitchcock Auciello, coördinator van het Earthworks-programma ‘Making Clean Energy Clean, Just and Equitable’.

Recycling zal niet genoeg zijn om aan alle of zelfs maar aan het overgrote deel van de vraag naar accumetalen te voldoen, zeker niet nu de sector snel begint te groeien. Thea Riofrancos, een politicologe van het Providence College in Rhode Island die onderzoek doet naar groene technologie en de herwinning van grondstoffen, ziet recycling als “slechts één van een heel leger aan strategieën” om de vraag naar vers gedolven grondstoffen te verminderen. Tot de andere mogelijke benaderingen behoren de ontwikkeling van nieuwe accu’s met minder metalen, het verbeteren van het openbaar vervoer en het bouwen van steden die zijn ingesteld op voetgangers en fietsers, zodat de behoefte aan personenauto’s wordt verminderd.

Maar zelfs als er in de komende decennia slechts een kwart tot een derde van de vraag naar accumetalen met behulp van recycling kan worden gedekt, dan is het volgens Riofrancos nog altijd belangrijk om deze strategie te volgen, omdat het ons helpt om “onze relatie met technologie te heroverwegen.”

“Door recycling denken we na over de biofysieke grenzen aan ons bestaan,” zegt zij. “Je hebt het uiteindelijk over niet-hernieuwbare bronnen. Laten we deze grondstoffen gebruiken als hulpgoederen waaraan we zoveel mogelijk nut willen onttrekken, in plaats van ze snel op te graven en dan weer weg te gooien.”

De stille kosten achter de elektrische revolutie in de auto-industrie

De auto’s zelf mogen dan pronken met nul CO2-uitstoot, maar nu er steeds meer elektrische voertuigen op de markt komen brengen ze hun eigen ethische kosten met zich mee. Wat gaan de fabrikanten daar aan doen?

Niet lang voordat hij in 2019 terugtrad, verklaarde de voormalige baas van Mercedes-Benz, Dieter Zetsche, tegenover het tijdschrift CAR dat elektrische voertuigen schadelijker voor het milieu kunnen zijn dan gewone auto’s, namelijk als ze worden opgeladen met energie die uiteindelijk in China wordt geproduceerd – waar ruim de helft van de elektriciteit met behulp van kolencentrales wordt geproduceerd.

Het is niet erg waarschijnlijk dat Zetsche iets tegen elektrisch rijden heeft; ook al behoort Mercedes niet tot de koplopers op dit gebied, de automaker heeft net als andere fabrikanten enorme bedragen in de productie van elektrische voertuigen geïnvesteerd. Vorig jaar introduceerde het merk zijn eerste geheel elektrische model, de EQC. Zetsche zei er wel meteen bij dat elektrisch rijden rond veertig procent groener is dan rijden in een gewone benzine- of dieselauto in Duitsland.

En elektrische voertuigen zijn over het algemeen écht schoner: volgens de International Council On Clean Transportation produceert het gemiddelde elektrische voertuig in Europa gedurende zijn hele levenscyclus vijftig procent minder broeikasgassen dan een gewone auto. 

Maar de opmerkingen van Zetsche – en van anderen, van gelijke strekking – lijken steeds meer relevantie te krijgen nu Groot-Brittannië en andere landen streven naar een geheel elektrische toekomst, wat betekent dat niet alleen de vraag naar elektriciteit zal toenemen.

Twijfels over de herkomst van de elektriciteit die nodig is om elektrische auto’s op te laden hingen in het verleden al als een zwarte wolk boven het schone imago van deze auto’s, maar de nadruk ligt nu op de hele productieketen ervan, waaronder toeleveringsbedrijven en de materialen waar elektrische accu’s en motoren van worden gemaakt. Inmiddels wordt de elektrische revolutie steeds meer geconfronteerd met zorgen over de beschikbaarheid van dure grondstoffen en zeldzame aardmetalen, de milieuschade die door de delving ervan wordt aangericht, de arbeidsomstandigheden bij toeleveranciers en de geopolitieke implicaties van dat alles.

Elektrische auto’s en hybride voertuigen (die ook een gewone brandstofmotor hebben) zullen in de nabije toekomst een veel groter percentage van het wagenpark in de wereld gaan uitmaken: van rond 4 procent nu (circa zes miljoen voertuigen) naar rond 12 procent in 2025, aldus JP Morgan. Bovendien streven steeds meer regeringen in de wereld naar een geheel verbod in het jaar 2040 op de verkoop van nieuwe voertuigen die op fossiele brandstoffen lopen. Het verbod op de verkoop van nieuwe benzine- en dieselauto’s in Groot-Brittannië moet zelfs al in 2030 van kracht worden.

Binnen ongeveer twintig jaar en misschien nog sneller zou de nu nog marginale elektrische auto het belangrijkste vervoersmiddel kunnen worden. Dat zal vanzelfsprekend gepaard gaan met een enorme toename van de vraag naar grondstoffen die voor de productie ervan nodig zijn en dus de problematiek rond deze grondstoffen aanscherpen.

Een elektrische auto wordt opgeladen bij een oplaadpunt op straat. De vraag hoeveel schoner elektrische voertuigen zijn dan benzine- en dieselauto’s, wordt mede bepaald door de herkomst van de elektriciteit waarmee ze worden opgeladen. In sommige landen wordt het grootste deel van de benodigde elektriciteit nog grotendeels door kolencentrales opgewekt. 

Technologie achter het stuur

Moderne elektrische en hybride voertuigen slaan elektriciteit op in een stapel lithium-ion-accu’s die onder de auto is aangebracht. Eenvoudig uitgedrukt zijn dat uitvergrote versies van de oplaadbare batterij in je laptop of smartphone. Behoorlijk uitvergroot, moet gezegd worden: zo weegt de accu van de Crossback e-Tense, een kleine hatchback van het Franse automerk DS, zo’n driehonderd kilo – het gewicht van vier volwassenen. Hoe meer kilometers de auto op een geheel opgeladen accu moet rijden en hoe groter de auto, des te zwaarder en groter de accu moet zijn.

Wanneer de automobilist gas geeft, wordt elektriciteit uit de accu aan de elektrische aandrijving geleverd, die vaak bestaat uit één elektromotor aan de voor- of achteras en soms uit twee motoren (voor elke as één) bij een vierwielaandrijving, hoewel de nieuwe Audi e-Tron S er zelfs drie gebruikt: twee motoren voor de achteras en één voor de vooras.

Lithium en kobalt zijn de belangrijkste componenten van lithium-ion-accu’s. Het kostbare zilverwitte metaal lithium is het lichtste harde element in het periodiek systeem en ook een reactief alkalimetaal. Volgens een rapport van de Deutsche Bank is ongeveer een kwart van de wereldproductie van het metaal voor accu’s bestemd, maar voorspeld wordt dat de vraag ernaar tussen nu en 2025 zal vervijfvoudigen, naar een niveau van naar schatting anderhalf miljoen ton per jaar, waarvan elektrische voertuigen zo’n 38 procent voor hun rekening zullen nemen.

“We zouden feitelijk de hele wereldproductie van lithium-ionen voor onszelf moeten reserveren,” zei Tesla-baas Elon Musk in 2016 over de snelle toename van de productie van zijn elektrische voertuigen, van 245.000 naar een half miljoen per jaar.

Lithium wordt doorgaans in samengestelde vorm met andere mineralen gewonnen uit stollingsgesteente of gewonnen uit oceanen en zoutmeren. De meeste lithium wordt gedolven in steengroeves in Australië, waar het metaal wordt gewonnen uit kleisedimenten, en uit zoutmeren in de Zuid-Amerikaanse ‘lithiumdriehoek’, in het grensgebied van Argentinië, Bolivia en Chili.

China Daily, een Chinese staatskrant, berichtte in 2019 dat naar schatting vijf miljoen ton lithiumoxide was ontdekt in de zuidwestelijke provincie Yunnan. Het strategische belang van de vondst werd duidelijk uit het feit dat China bekendmaakte dat het land tussen 2011 en 2015 tachtig procent van het lithium dat het benodigde, moest importeren. Het veiligstellen van de eigen lithiumvoorziening zou China in de toekomst kunnen behoeden voor conflicten, handelsoorlogen, valutaschommelingen en prijsverhogingen.

Uit de grond

Bij het delven van grondstoffen wordt het landschap uiteraard beschadigd, en mijnbouw is ook een relatief kostbare activiteit. De lithiumwinning uit zoutmeren is goedkoper en bestaat eruit dat water de grond in wordt gepompt om mineraalrijke zouten naar de oppervlakte te stuwen, die dan net als gewoon zout in de zon worden gedroogd. Bij deze winning worden grote hoeveelheden water gebruikt en bestaat de kans op het weglekken van verontreinigd afvalwater.

Het grote probleem met kobalt is dat circa vijftig procent van de wereldwijde voorraden van dit overgangsmetaal wordt gevonden in de Democratische Republiek Congo (DRC), een politiek instabiel land in Centraal-Afrika waar tachtig procent van de bevolking geen toegang heeft tot elektriciteit.

In de Salar de Atacama in Zuid-Amerika bevinden zich de grootste lithiumvoorraden ter wereld. Op de foto zijn de verdampingsvijvers van een lithium-mijn te zien die wordt gerund door de bedrijven Sociedad Química y Minera de Chile en de Sociedad Chilena de Litio.

Kobalt kan een bijproduct van de koper- en nikkelwinning zijn, maar het metaal komt ook op natuurlijke wijze in de aardkorst voor. Gezien de twijfelachtige productieketen en het feit dat sommige autofabrikanten afgemonteerde elektrische motoren als eindproduct van toeleveranciers betrekken, is het moeilijk om ervoor te zorgen dat de gebruikte kobalt op veilige, milieuvriendelijke en ethisch verantwoorde wijze wordt gewonnen. Sterker nog, twintig procent van alle kobalt die in de DRC wordt gewonnen, is afkomstig uit ambachtelijke groeves waar het erts met de hand en vaak ook door kinderen wordt gedolven. Geen wonder dat kobalt inmiddels de reputatie heeft de ‘bloeddiamant’ van de elektrisch aangedreven auto te zijn. 

Autofabrikanten proberen dit probleem aan te pakken, zowel door hun afhankelijkheid van kobalt te reduceren als door het invoeren van ‘best practices’. Zo heeft Kia de afhankelijkheid van kobalt voor de productie van zijn accu’s met tien procent kunnen verminderen, zij het dat de fabrikant daardoor twintig procent meer van het minder zeldzame nikkel moet gebruiken. Volgens Tesla wordt in de accu’s voor zijn Model 3, die door Panasonic worden geleverd, minder dan drie procent kobalt gebruikt.

Niets van dit alles is een remedie op lange termijn: het reduceren van de hoeveelheid kobalt kan de levensduur van een accu verkorten en het risico op accubrand vergroten, terwijl nikkelstof in verband wordt gebracht met gezondheidsproblemen bij arbeiders in de autofabricage.

Autofabrikanten doen ook mee met onafhankelijke initiatieven om tot een ethisch verantwoorde winning van kobalt te komen: BMW, Volvo en Daimler, de maker van Mercedes, hebben zich aangesloten bij het Responsible Cobalt Initiative, dat is opgezet door de Chinese Kamer van Koophandel voor de Import van Metalen, Mineralen en Chemicaliën. Het initiatief streeft ernaar de sociale vraagstukken en milieukwesties rond de winning van kobalt aan te pakken.

Met het gebruik van vastestofbatterijen (solid-state-accu’s) zou de noodzaak van kobalt geheel verdwijnen, maar het kan nog tien jaar duren voordat deze technologie voor de productie van elektrische voertuigen toepasbaar is. “Eerlijk gezegd denk ik niet dat we vóór 2030 vastestofbatterijen in de massaproductie van auto’s zullen zien. Misschien dat er in 2025 inmiddels wat pilotprojecten zijn opgestart, maar die accu’s zullen minder prestaties leveren en duurder zijn,” zei Klaus Fröhlich, voormalig hoofd R&D van BMW, tegen National Geographic UK.

Door de snelle technologische ontwikkelingen van de afgelopen jaren is er steeds meer vraag naar ruwe grondstoffen uit de Democratische Republiek Congo, waar zich grote voorraden van enkele van de kostbaarste metalen en mineralen op aarde bevinden, waaronder diamant, goud, kobalt en lithium.

Zelfs bij een aanzienlijke reductie in het gebruik van kobalt valt dit materiaal op middellange termijn waarschijnlijk niet uit het productieproces weg te denken. En door de verwachte toename van het aantal elektrische voertuigen zal de vraag ernaar waarschijnlijk zeer groot blijven.

Gezien die verwachting en het feit dat de wereldproductie van kobalt berust op de winning in de DRC, heeft BMW maatregelen genomen om zichzelf tegen onverwachte prijsstijgingen en marktinstabiliteit te beschermen. “Er zal een of andere oorlog uitbreken, een of andere strijd om ruwe grondstoffen,” waarschuwde Fröhlich. “We hebben ons bij het mijnbouwbedrijf verzekerd van de levering van kobalt tot 2025 of 2035 en we hebben al prijscorridors vastgesteld, dus hebben we een duidelijke toegang tot die ruwe grondstof; met het mijnbouwbedrijf hebben we ook afgesproken hoe de kobalt wordt gedolven, zowel wat betreft het milieu als de arbeidsomstandigheden.”

In 2021 zullen nieuwe kobaltmijnen in Idaho, Alaska en Australië in gebruik worden genomen, waardoor de afhankelijkheid van autofabrikanten van de winning in de DRC eveneens zal verminderen. 

Zeldzaam maar cruciaal

Ook naar de zeldzame aardmetalen die in elektrische motoren worden gebruikt, wordt steeds kritischer gekeken, zij het om iets andere redenen dan de zorgen rond lithium en kobalt. Deze groep van metalen bestaat uit zeventien elementen (waaronder scandium en yttrium) die in magneetspoelen van elektromotoren worden gebruikt om magnetische eigenschappen ook bij hoge temperaturen te bewaren. Bij de gemiddelde elektromagneet in een elektrisch voertuig bestaat dertig procent van de gebruikte zeldzame aardmetalen uit neodymium, terbium en dysprosium.

De delving en winning van deze zeldzame metalen is zeer bewerkelijk en kostbaar, en ze worden vaak gevonden in geopolitieke risicogebieden. De winning ervan kan ook zeer giftig zijn. In 2002 werd de Mountain Pass-mijn in Californië gesloten nadat was ontdekt dat de omringende woestijn met radioactief afvalwater was verontreinigd; in 2017 werd de mijn weer geopend.

Hoewel zeldzame aardmetalen feitelijk niet eens zo zeldzaam zijn als hun naam suggereert, voorspelt Toyota dat in 2025 de vraag ernaar groter zal zijn dan de productie ervan. China bezit momenteel een bijna-monopolie op zeldzame aardmetalen: het land is goed voor tachtig procent van de wereldproductie. Zelfs zeldzame aardmetalen die elders worden gewonnen, worden vaak naar China verscheept om te worden verwerkt.

Dat betekent dat autofabrikanten niet alleen het risico lopen dat ze voor de productie van hun milieuvriendelijke auto’s afhankelijk zijn van praktijken die het milieu sterk belasten, maar ook het slachtoffer kunnen worden van handelsconflicten, sancties en marktfluctuaties. Al deze kwesties sporen automakers aan om te investeren in alternatieve technologieën. 

In de nieuwe magneten van Toyota zijn de metalen terbium en dysprosium vervangen door de goedkopere en minder zeldzame elementen lanthanium en cerium, terwijl ook het aandeel van neodymium is teruggebracht, namelijk door elk korreltje van dit metaal één tiende kleiner te maken en de afstand tussen de korreltjes tienmaal zo groot te maken. Volgens Toyota is de prestatie van de magneten daardoor zelfs vergroot. Intussen heeft BMW elektromotoren ontwikkeld waarin siliciumcarbide wordt gebruikt om de afhankelijkheid van zeldzame aardmetalen te verminderen.

Het fabriceren en gebruik van auto’s zal altijd de nodige schade aan het milieu toebrengen, maar nu de vraag naar ruwe grondstoffen voor de productie van elektrische voertuigen snel toeneemt (en fabrikanten pronken met een steeds schoner imago), is het geen wonder dat ze er alles aan doen om de winning van deze grondstoffen zo ethisch verantwoord en milieuvriendelijk te maken.

Elektrische auto zou rond 2040 de wereld kunnen veroveren

In een nieuwe analyse wordt de auto met benzinemotor als de koets van de nabije toekomst gezien: gedoemd om snel uit het straatbeeld te verdwijnen.

Elektrische auto’s zullen op een goede dag de auto’s op benzine en diesel van de weg drukken – maar hoe snel? Sneller dan je denkt, volgens onderzoekers van het Internationaal Monetair Fonds en de Georgetown University. Uitgaande van de snelheid waarmee de door paarden getrokken koetsen in de vroege twintigste eeuw uit het straatbeeld zijn verdwenen, menen de onderzoekers dat bijna negentig procent van alle personenwagens in de VS, Canada, Europa en andere ontwikkelde landen tegen het jaar 2040 elektrisch zouden kunnen zijn.

Onlangs hebben regeringen en autofabrikanten een hele reeks maatregelen ten gunste van de ontwikkeling van de elektrische auto aangekondigd, en in de nieuwe studie wordt de verwachting uitgesproken dat de transportsector het gebruik van fossiele brandstoffen snel zal afzweren. Van de ruim één miljard geregistreerde motorvoertuigen die vandaag de dag op de weg zijn, zijn er slechts twee miljoen elektrisch (waarvan één miljoen in China). Maar als de elektrische auto zo snel zal aanslaan als de onderzoekers voorspellen, zou dat het verbruik van aardolie met 21 vaten per dag en de CO2-uitstoot met 3,2 miljard ton per jaar kunnen verminderen – oftewel zestig procent van de huidige uitstoot van de VS.

In andere studies wordt uitgegaan van een langzamere afbouw, hoewel de meer recente studies geneigd zijn een snellere revolutie te voorspellen. Onlangs schroefde Bloomberg New Energy Finance zijn schatting van het marktaandeel voor elektrische auto’s in 2040 omhoog naar 35 procent van alle nieuwe autoverkopen. RethinkX, een onafhankelijke denktank, is nog voortvarender en meent dat rond 2030 – over slechts dertien jaar – de meeste Amerikaanse auto’s elektrisch zullen zijn.

De auteurs van het voorlopige rapport van IMF-Georgetown, met de titel Riding the Energy Transition, baseren hun optimisme op de analyse van technologische omschakelingen in het verleden, met name die van het paard naar de auto.

“We waren verrast toen we zagen hoe snel de auto begin vorige eeuw het paard als voornaamste transportmiddel heeft verdrongen,” zegt IMF-econoom Fuad Hasanov. “Dat gebeurde in amper tien tot vijftien jaar, ondanks allerlei obstakels.” Vergeleken daarmee lijken de obstakels voor de acceptatie van de elektrische auto tegenwoordig tamelijk klein te zijn.

Geen benzinestations, veel mest

In 1910 liepen er nog maar weinig verharde wegen door de VS en de grootste zorg in de steden was de vraag wat men aan moest met al de paardenmest dat zich in de straten ophoopte. Benzine was moeilijk verkrijgbaar, want men was nog maar pas begonnen met de aanleg van de gigantische infrastructuur van raffinaderijen en benzinestations die we tegenwoordig kennen. De overgang van een paard of een door paarden getrokken koets naar een van Henry Fords nieuwe Model T’s was een enorme stap, en omgerekend naar de prijzen van nu kostte dat 137.000 dollar – bijna tweemaal de huidige prijs van een nieuwe Tesla Model S. Het zal dus niet verbazen dat weinig mensen een Model T voor die prijs aanschaften.

En toch, in 1921 was die prijs inmiddels gedaald naar het huidige equivalent van 35.000 dollar, hadden regeringen en de olie-industrie enorm geïnvesteerd in wegen en andere infrastructuur en was de verkoop van Model T’s naar één miljoen stuks per jaar omhoog geschoten. In 1925 werden er al bijna twee miljoen per jaar van verkocht.

Als de mensen van nu met dezelfde snelheid op elektrische auto’s zouden overstappen, aldus Hasanov en Reda Charif van het IMF en Aditya Pande van Georgetown, zou tegen het einde van de jaren twintig vijf procent van alle auto’s elektrisch zijn, en tegen 2040 zelfs 36 procent. De onderzoekers noemen dat het ‘langzame overstapscenario’.

In hun ‘snelle overstapscenario’ baseren de onderzoekers de opkomst van elektrische motorvoertuigen niet op de snelheid waarmee de benzineauto begin vorige eeuw de weg veroverde, maar op het tempo waarmee het paard uit het straatbeeld verdween. Dat gebeurde veel sneller, deels omdat het openbaar vervoer zich in die tijd ook uitbreidde. Veel mensen die hun paard opgaven, kochten niet meteen een auto; ze stapten eerst een tijdlang op elektrische trams en trolleys.

Ditmaal is er geen sprake van zo’n revolutie in het openbaar vervoer, en de overstap van benzine naar elektriciteit is nu veel gemakkelijker dan de overstap van paarden naar auto’s, een eeuw geleden. De onderzoekers komen tot de slotsom dat het ‘snelle overstapscenario’ – dat aansluit op het feitelijke tempo waarmee tussen 2011 en 2015 op elektrisch werd overgestapt – veel waarschijnlijker is.

In dit scenario wordt ervan uitgegaan dat tegen het einde van de jaren twintig 30 procent van alle motorvoertuigen in de VS elektrisch zal zijn, en eind jaren veertig zelfs 93 procent.

Als dat wat al te optimistisch lijkt, moeten we aan de mobiele telefoon denken, zegt Cherif. In de jaren tachtig van de vorige eeuw, toen mobiele telefoons loodzwaar en duur waren en een korte accuduur hadden, voorspelden experts dat de sector tegen het jaar 2000 zo’n 900.000 stuks per jaar zou kunnen verkopen. De feitelijke verkoop bedroeg dat jaar 109 miljoen, en in 2014 was de technologie nog een stapje verder: vrijwel alle mobiele telefoons waren toen smartphones.

“De overstap op een nieuwe technologie als de elektrische auto lijkt langzaam te gaan of zelfs nooit van de grond te komen,” zegt Cherif, “tot het moment dat er een drempel is bereikt en iedereen er voor gaat.”

Kodakmoment?

Het nieuwe Model 3 van Tesla kost 35.000 dollar en heeft een actieradius van 354 kilometer met een volle accu. Dat zou de drempelprijs voor elektrische auto’s kunnen zijn, zegt Cherif. Tussen maart en juni 2016 deden ruim 400.000 mensen een aanbetaling van duizend dollar om het Model 3 te kunnen bestellen – voor een auto die op dat moment nog niet bestond. De eerste honderd Model 3’s werden afgelopen augustus pas geleverd.

Die vier maanden in 2016 kunnen voor de huidige auto- en aardoliesector een ‘Kodakmoment’ worden. De firma Kodak maakte filmrolletjes voor fototoestellen en was een van de sterkste merken ter wereld; in 1975 vond het bedrijf de digitale camera uit, maar het kon zich niet aanpassen aan de nieuwe technologie en ging in 2012 failliet.

De meeste autofabrikanten willen die weg niet gaan en springen nu in de markt voor elektrische auto’s. De Zweedse Volvo Car Group wil in 2019 alleen nog maar elektrische of hybride modellen produceren. Jaguar Land Rover wil hetzelfde in 2020 bereiken. VW heeft zich voorgenomen om tegen 2025 marktleider in elektrische personenauto’s te zijn. Zelfs James Bond zou al in 2019 in een geheel elektrische Aston Martin kunnen rijden.

Regeringen blijven niet achter: Noorwegen zal de verkoop van auto’s en bestelwagens op benzine en diesel in 2025 verbieden. De regeringen van het Verenigd Koninkrijk, Nederland en Frankrijk hebben hetzelfde beloofd voor het jaar 2040. Duitsland, het land van Volkswagen, Mercedes-Benz en Porsche, overweegt eenzelfde verbod.

China heeft onlangs aangekondigd dat het de verkoop van benzine- en dieselvoertuigen zal verbieden, hoewel het land nog geen datum heeft aangegeven. China is de grootste automarkt ter wereld, waar twintig miljoen nieuwe auto’s per jaar worden verkocht. In het land zijn nu al ruim veertig verschillende elektrische auto’s verkrijgbaar, de meeste van Chinese makelij.

Afgelopen mei voorspelde de Indiase minister van Energie Piyush Goyal in National Geographic dat in 2030 in India alleen nog maar elektrische auto’s zullen worden verkocht – ook zonder overheidsmaatregelen, omdat ze schoner en stiller zijn en langer meegaan, en spoedig ook goedkoper zullen zijn.

Niet alleen in China en India maar ook in West-Europa is luchtvervuiling een belangrijk motief om op elektrisch over te stappen, zegt Bloomberg-analist Albert Cheung. Omgekeerd kan elke stap terug in overheidsmaatregelen tegen luchtvervuiling tot een langzamere overstap op elektrische auto’s betekenen. Ook extreem lage benzineprijzen en gebrek aan investeringen in de infrastructuur voor oplaadpunten zou de overgang kunnen vertragen.

Maar al met al zegt Cheung: “Het lijkt steeds moeilijker te worden om de markt voor elektrische auto’s te kunnen afremmen.”

De autonome revolutie

Volgens Stanford-econoom Tony Seba zal de revolutie van de elektrische auto nog een stap verdergaan en bestaan uit de introductie van autonome (zelfsturende of zelfrijdende) voertuigen in de jaren twintig van deze eeuw. In een nieuw onderzoek met de titel Rethinking Transportation 2020-2030 menen Seba en zijn collega’s van RethinkX dat 95 procent van alle passagierskilometers in 2030 zullen worden afgelegd in zelfrijdende voertuigen.

Hoe zou dat mogelijk zijn? Ten eerste gaat Seba ervan uit dat elektrische auto’s veel goedkoper in aanschaf zullen zijn, vanwege de dalende prijzen van accu’s en het feit dat ze sneller zijn te produceren en beter te onderhouden – slechts 20 bewegende onderdelen tegenover 2000 voor benzine- en dieselauto’s. “Elektrische auto’s van nu hebben al 320.000 kilometer gereden en het enige wat ze nodig hadden, waren een stel nieuwe banden,” zegt Seba. Eén Tesla S heeft ruim 800.000 kilometer op de klok staan, en dat met één accu.

Ten tweede zal de meerderheid van de voertuigen volgens Seba niet meer in het bezit zijn van personen maar van transportbedrijven: commerciële wagenparken van elektrische auto’s, en dan met name zelfrijdende auto’s. Het uitschakelen van de bestuurder zou voor bedrijven als UPS, FedEx, Uber en Lyft enorme kostenbesparingen kunnen betekenen. Zelfrijdende taxi’s en commerciële voertuigen worden getest in Pittsburgh, Phoenix, Boston, Singapore, Dubai en in het Chinese Wuzhen.

Het zullen de kosten zijn die de automobilist uit de bestuurdersstoel zullen verdrijven, zegt Seba. Elektrische voertuigen zijn viermaal zo efficiënt in hun energieverbruik en lopen op goedkopere energie, en zelfrijdende voertuigen zouden nóg efficiënter kunnen zijn. Het bezit en gebruik van de gemiddelde benzineauto kost zo’n 10.000 dollar per jaar bij 24.000 kilometer, volgens de Amerikaanse automobilistenclub AAA, en zo’n voertuig staat 95 procent van de tijd geparkeerd.

Volgens Seba zullen er in 2030 maar liefst 200 miljoen personenauto’s minder op de Amerikaanse wegen rondrijden. In plaats daarvan zullen er miljoenen zelfrijdende voertuigen zijn, die door iedereen met een druk op de knop en voor een paar cent per kilometer onbeperkt te gebruiken zijn.

“In plaats van 10.000 dollar per jaar uit te geven aan vervoer over de weg, zal een gezin misschien nog maar 1000 dollar uitgegeven,” aldus Seba. “Het zal economisch niet rendabel zijn om een auto te bezitten, omdat het zo goedkoop zal zijn om direct in een zelfrijdende, elektrische te stappen.”

Maar zou het ook emotioneel (en desnoods irrationeel) rendabel zijn? Maakt de auto niet een integraal onderdeel van onze identiteit uit? Dat is voorlopig zeker het geval – maar dat gold ook voor het paard.