Om onze afhankelijkheid van Amerikaanse Big Tech te verlagen wil de Europese Unie grootschalig in gaan zetten op eigen AI-faciliteiten. Zo zal er komend jaar in Groningen een Nederlandse ‘AI-fabriek’ moeten verrijzen. Die ambitie is natuurlijk goed voor Europa en ons land, maar wat minder voor onze aarde. Voor al die rekenkracht zijn namelijk veel materialen nodig. De chips in AI-computers draaien op kritieke elementen zoals gallium, germanium en silicium.

Ook voor de energietransitie gebruiken we veel grondstoffen. Neem bijvoorbeeld lithium, dat gebruikt wordt in batterijen. Elektrische auto's hebben een lithium-ion batterij en de vraag hiernaar zal enorm groeien. De Europese Commissie schat dat we in 2040 ongeveer veertien keer meer lithium nodig zullen hebben dan in 2020.

Voorraadkamer

Devin Boom is onderzoeker bij TNO. Hij ontwikkelt met zijn team manieren om grondstoffen terug te winnen uit gebruikte materialen. “Dit noemen we Urban Mining. We gebruiken alles wat wij hebben verzameld boven het aardoppervlak als een soort voorraadkamer voor allerlei kritieke materialen.” Ook doet hij onderzoek naar duurzame recyclingtechnologieën.

De Europese Unie heeft een kritieke grondstoffenlijst vastgesteld met 34 stofgroepen. Boom legt uit dat er twee voorwaarden zijn om een grondstof ‘kritiek’ te noemen: “Ten eerste moet er een hoog economisch belang zijn voor de Europese unie en ten tweede moet er een hoog leveringsrisico zijn.” Lithium wordt bijvoorbeeld bijna exclusief verwerkt in China. Die afhankelijk zorgt voor een hoog leveringsrisico. “Het is dus niet alleen schaarste of zeldzaamheid die stoffen kritiek maakt.”

De energietransitie vraagt veel kritieke grondstoffen. “Denk aan silicium voor zonnepanelen en nikkel, kobalt en lithium voor batterijen.” Koper hebben we dan weer nodig om elektriciteitskabels te maken. Ook defensie heeft kritieke grondstoffen nodig, om bijvoorbeeld drones te kunnen maken. En in de gezondheidszorg is helium nodig voor MRI-scanners.

De Europese Unie wil meer autonomie op het gebied van kritieke grondstoffen en zet daarom in op recycling. Recycling kan ook een duurzame en milieuvriendelijke manier zijn om met afvalstromen om te gaan. Oude batterijen bevatten giftige metalen die kunnen zorgen voor vervuiling van bijvoorbeeld grondwater. Boom verwacht dat de hoeveelheid afval enorm zal gaan toenemen: “Denk aan zonnepanelen. Die zijn ontwikkeld om 20-25 jaar mee te gaan. Ze zijn zo’n 20 jaar geleden begonnen met het vol leggen van de daken, dus die afvalstroom komt nu op gang.”

Boom onderzoekt hoe batterijen gerecycled kunnen worden. Hij legt uit dat hier verschillende methoden voor bestaan. De meest doorontwikkelde methode is het pyrometallurgisch recyclen. Hierbij worden metalen teruggewonnen door de batterijen te verhitten naar 1200 tot 1500 graden Celsius. Dit kost veel energie en niet alle grondstoffen kunnen teruggewonnen worden. Je kunt batterijen ook direct recyclen. “Dit betekent dat je zo’n batterij handmatig of met een robot helemaal uit elkaar haalt tot de verschillende componenten. Dit zou je dan direct weer in een batterij kunnen verwerken.” Deze manier is duurzaam en in het lab werkt dit goed, maar het opschalen zal nog een hele uitdaging zijn.

koffiebonenmaler

Boom doet zelf vooral onderzoek naar nog een derde manier, de hydrometallurgische methode. Bij deze methode worden de batterijen eerst vermalen tot een zogenaamde ‘black mass’. Boom legt uit: “Het is alsof je een lege batterij door een koffiebonenmaler haalt en je zeeft het daarna. Je houdt een zwart poeder over met grafiet, kobalt, nikkel en lithium.” De stoffen worden opgelost in een mix van zwavelzuur en waterstofperoxide. Daarna kunnen de stoffen weer gescheiden worden en gebruikt worden in nieuwe batterijen. Deze methode slaagt er beter in om alle metalen uit de batterijen terug te winnen, dan de pyrometallurgische methode. Ook is het waarschijnlijk makkelijker op te schalen dan de directe vorm van recyclen, waarbij de verschillende onderdelen handmatig uit elkaar gehaald worden.

Aan de andere kant kan je producten ook anders ontwerpen om het beter te kunnen recyclen. Boom: “Neem bijvoorbeeld een zonnepaneel. Die zijn gemaakt zodat er 20-30 jaar geen water bij kan komen. Bij de recycling zit je dan met een dichtgelijmd geheel, met als gevolg dat het nu gewoon de shredder in gaat. Als je nou een lijm gebruikt die je reversibel kan maken, dan kan je het glas weer scheiden van de kostbare componenten in het paneel.” 

De vraag naar kritieke grondstoffen blijft de komende tijd zeker groeien. “Zelfs al kunnen we 100% van de materialen terugwinnen, dan gaan we nog steeds niet voldoen aan de vraag”, besluit Boom. Maar recycling zal in de toekomst een duurzamere bijdrage leveren door deze grondstoffen steeds weer te herwinnen.