Batterijen: Nikkel (deel 2)

In deel 1 spraken we over het gebruik en de voorraden van lithium. Hoewel lithium een belangrijk bestanddeel is van de batterij van quasi elke elektrische auto zijn er nog 2 andere grondstoffen die  belangrijk zijn in batterijen: Nikkel en Cobalt.

In dit artikel focussen we op het gebruik, de ontginning en de voorraden van nikkel. Hoe zit het daar eigenlijk mee?

Waarvoor Wordt Nikkel Gebruikt?

Het gebruik van nikkel wordt gedomineerd door de productie van ferro-nikkel voor roestvrij staal (70%). Het wordt echter ook gebruikt bij de productie van non-ferro legeringen (8%), gelegeerd staal en gieterij (8%), plating (8%) en batterijen (5%). Batterijen specifiek voor elektrische auto’s vertegenwoordigen 3% van het wereldwijde nikkel gebruik

Nikkel In Batterijen

Zoals we nu weten wordt er ongeveer 5% van de wereldvoorraad nikkel gebruikt in batterijen. De EV markt zal zich de komende jaren enorm snel ontwikkelen. Dit onder meer door de politieke ontwikkelingen maar ook door het fors bredere aanbod van elektrische modellen. Nikkelhoudende batterijen zijn kleiner en lichter, en zorgen voor een hogere energiedichtheid. Dat resulteert in een efficiëntere elektrische auto mede hierdoor is het aan te nemen dat toekomstige EV-batterijen meer nikkel zullen gebruiken.De verwachting is dus dat het aandeel voor batterijen in de wereldproductie van nikkel sterk zal stijgen.

Hoewel er lithium-ion batterijen bestaan zonder nikkel worden deze niet gebruikt in elektrische auto’s. Het grote voordeel van het gebruik van nikkel in batterijen voor elektrische wagens is dat het helpt bij het leveren van een hogere energiedichtheid en grotere opslagcapaciteit tegen lagere kosten. Er bestaat voorlopig nog geen technologie die de capaciteiten van nikkel kan evenaren. 

bron : https://www.nickelinstitute.org/media/2318/nickel_battery_infographic-finalen2.pdf

Nikkel-mangaan-kobalt (NMC) batterijen, die momenteel door veel autofabrikanten worden gebruikt, gebruiken verhoudingen van 33% nikkel, 33% kobalt en 33% mangaan (verhouding 1:1:1). Anderen gebruiken 6:2:2 ratio’s, (60% nikkel, 20% mangaan en 20% kobalt). Er wordt nu geprobeerd de NMC-chemie verder te tweaken en een 8:1:1-kathode te maken met 80% nikkel, 10% kobalt en 10% mangaan. Twee Koreaanse fabrikanten, waaronder LG Chem, hebben plannen aangekondigd om deze nieuwe chemie in 2018 op de markt te brengen.

En andere bedrijven zoals Tesla (die een NCA gebruikt – nikkel-kobalt-aluminiumtechnologie) zullen naar verwachting ook meer richting nikkel verschuiven.

Wat Is De Bron Van Nikkel?

In tegenstelling tot de meeste andere metalen, zijn nikkelertsen te vinden in verschillende vormen, op verschillende diepten en met verschillende percentages nikkelgehalte. Vaak wordt het erts ook gevonden met andere metalen aanwezig. De gebruikte verwerkingstechnieken zijn afhankelijk van deze vormen. Bovendien leveren ze een verschillende mate van metaalwinning.

In 2018 werd er circa 2,3 mln ton nikkel geproduceerd. Nikkelerts is voornamelijk te vinden in 2 vormen:

• Laterieten (62,4%)
  • Laterieten zijn een grondsoort, rijk aan aluminium, magnesium, ijzer of in dit geval nikkel die gevormd is in natte, warme, tropische omgevingen. Het zal dan ook als een klei-achtige korst op rotsen terug te vinden zijn aan de oppervlakte. Doorgaans worden laterieten teruggevonden in Indonesië, Cuba en de Filipijnen. Door het minder zeldzame karakter en de lagere zuiverheid is nikkel via laterieten goedkoper en daarom de voornaamste bron voor nikkel in roestvrij staal. De ontginning gebeurt doorgaans in een open mijn en het erts wordt nadien chemisch bewerkt. Elke lateritische bron heeft eigenschappen die uniek zijn aan de geografische locatie. Elke bron vraagt dus een specifiek proces.
• Sulfiden (37,6%)
  • Hoge zuiverheid maar zeldzaam. Door de hoge zuiverheid komt nikkel voor batterijen voornamelijk uit deze bron. Deze vorm vinden we doorgaans terug in Noord-Amerika, Australië, China, Rusland en Groenland. Nikkel sulfiden worden teruggevonden in stollingsgesteenten die ook andere mineralen zoals kobalt, koper en ijzer bevatten. De ontginning gebeurt in een open mijn waarna de verschillende mineralen worden gesplitst. Dit wordt gedaan door middel van magnetische scheiding en flotatie

Is Er Genoeg Nikkel Beschikbaar?

Nikkel is het 5e meest aanwezige element ter wereld. De totale wereldvoorraad aan nikkel wordt momenteel geschat op bijna 300 miljoen ton. Australië (43,5 mln ton), Indonesië (33 mln ton), Zuid-Afrika (33 mln ton), Rusland (24,5 mln ton) en Canada (22 mln ton) zijn goed voor meer dan 50% van de wereldwijde voorraden. Als we weten dat ongeveer 3% van de wereldvoorraad naar EV batterijen gaat, zou hiervoor nog circa 9 miljoen ton beschikbaar zijn.

Ondanks het feit dat de nikkelwinning de afgelopen drie decennia aanzienlijk is toegenomen, zijn de bekende nikkel reserves en -bronnen ook gestaag gegroeid. Verschillende parameters spelen een rol in deze evolutie. Onder meer een betere kennis en meer exploratieactiviteiten in afgelegen gebieden liggen hier aan de basis.

Er bestaan ook aanzienlijke nikkel afzettingen in de zee, al zijn deze nog minder concreet in kaart gebracht. Mangaanknobbeltjes, die zich op de diepzeebodem bevinden, bevatten flinke hoeveelheden van verschillende metalen, waaronder nikkel. Volgens recente schattingen is er meer dan 290 miljoen ton nikkel in dergelijke afzettingen in onze diepzeebodem te vinden. De verdere ontwikkeling van diepzee mijnbouwtechnologieën zou de toegang tot deze middelen in de toekomst moeten vergemakkelijken.

Net als veel andere metalen is nikkel volledig recyclebaar. Het kan steeds opnieuw worden gerecycled zonder kwaliteitsverlies, wat bijdraagt aan het Circulaire Economie (CE)-model.

Hoeveel nikkel hebben we dan echt nodig en hebben we genoeg voor de verdere evolutie? Hiervoor moeten even de huidige aantal elektrische auto’s en de gebruikte hoeveelheid nikkel onder de loep nemen.

Vandaag rijden er globaal ongeveer 2 miljoen elektrische auto’s rond (1% EV penetratie). Met een jaarlijkse vraag van ongeveer 70,00 ton aan nikkel. Recente studies schatten in dat er tegen 2025 er meer dan 12 miljoen elektrische auto’s zouden rondrijden (6% penetratie). Hierdoor zou de jaarlijkse vraag stijgen naar 167,000 ton.

Hoeveel wagens kunnen we per jaar produceren met de huidige productie? In 2018 werd er circa 2,3 mln ton nikkel geproduceerd. 3% hiervan zou naar batterijen voor elektrische auto’s gaan, zijnde 69,000 ton. Neem hierbij dat een gemiddelde Tesla ongeveer 17kg aan nikkel in z’n batterij gebruikt. In principe zouden we dus net iets meer dan 4 miljoen elektrische auto’s per jaar kunnen produceren met de huidige jaarproductie aan nikkel.

Conclusie

Nikkel heeft enkele voordelige technische kenmerken waardoor het almaar meer zal gebruikt worden in batterijen voor elektrische auto’s. Nikkel is kritischer dan lithium in de productie van elektrische wagens maar op korte termijn is er nog genoeg productie en voorraad om niet in de problemen te komen.

Het is echter wel zo dat er een exponentiële groei van de EV markt zit aan te komen. Het zal er dus op aankomen om zowel nieuwe bronnen van nikkel te ontginnen (bvb diepzeebodem), de productie op te voeren, als de technologieën van batterijen verder te ontwikkelen.

Bij zowel Lithium als Nikkel zitten we dus op korte termijn nog niet in de problemen. Hoe zit het met Kobalt? Dat lees je in DEEL 3.