De evolutie van batterijrecyclage

Door het toenemende gebruik van draagbare elektronische apparaten, gereedschap op batterijen en elektrische voertuigen zijn batterijen populairder dan ooit. Hetzelfde geldt voor de nood om ze te recycleren. Mensen zijn zich steeds meer bewust geworden van hun invloed op het milieu, wat heeft geleid tot een grotere focus op recyclage en een veilige, duurzame verwerking van batterijen aan het einde van hun levensduur.

Daarbij komt dat de materialen die in lithium-ionbatterijen worden gebruikt, binnenkort mogelijk schaarser kunnen worden, aangezien de toeleveringsketens moeite hebben om de steeds toenemende vraag bij te houden. Effectieve recyclagemethoden kunnen mogelijk een bron bieden van materialen voor nieuwe batterijen.

In sommige landen worden batterijen nog steeds grotendeels weggegooid als huishoudelijk afval, terwijl in andere landen meer dan 65% van de batterijen voor huishoudelijk gebruik wordt gerecycleerd.

Een nieuw wettelijk kader

De recyclage van batterijen wordt al geruime tijd onderworpen aan minimumdrempels — een percentage batterijen dat minimaal ingezameld en gerecycleerd moest worden. Die aanpak evolueert nu ingrijpend. Met de EU-verordening 2023/1542 van het Europees Parlement en de Raad van 12 juli 2023 worden de ambities fors opgeschroefd.

De algemene recyclage-efficiëntiedoelstellingen stijgen: tegen 2025 moet minstens 75% van de loodzuurbatterijen en 65% van de lithiumbatterijen gerecycleerd worden. Tegen 2030 stijgen die cijfers naar respectievelijk 80 % en 70 %.

Maar de meest ingrijpende verandering is de introductie van materialenhersteldoelstellingen voor specifieke kritieke metalen.

Materiaal	Tegen 2027	Tegen 2031
Kobalt	90%	95%
Koper	90%	95%
Nikkel	90%	95%
Lood	90%	95%
Lithium	50%	80%

Deze doelstellingen weerspiegelen de groeiende erkenning dat de materialen in batterijen kritieke grondstoffen zijn. Nu de vraag naar deze metalen het aanbod steeds vaker overtreft, zal de regelgevende druk om ze efficiënt terug te winnen alleen maar toenemen.

Recyclage van oud en nieuw

Sommige oudere batterijen, zoals loodzuuraccu's die vaak in auto's worden gebruikt, worden al erg efficiënt gerecycleerd. Dat komt dankzij hun eenvoudige samenstelling en omdat de technologie om ze te recycleren relatief simpel is. De technologieën om nieuwere batterijsoorten te recycleren worden daarentegen nog steeds geoptimaliseerd, omdat hun structuur en chemie complexer zijn. Naarmate nieuwe batterijchemieën worden ontwikkeld, zullen ook nieuwe technologieën nodig zijn om deze te recycleren.

Bijvoorbeeld, knoopcelbatterijen zijn steeds populairder geworden met de toenemende miniaturisering van elektronica in ons leven. Lithium-ion batterijen zijn de laatste jaren veel populairder geworden, vooral met de opkomst van op lithiumcellen werkende elektrische voertuigen. Dit heeft een enorme impact op de productie en recycling van batterijen zoals we die kennen. Nieuwe processen, innovaties en regelgevingen worden ingevoerd om de verantwoorde terugwinning van lithium en andere waardevolle bronnen in batterijen te garanderen.

Tegelijkertijd zijn andere batterijen de afgelopen decennia uit de mode geraakt, vervangen door betere alternatieven of uit productie genomen vanwege milieubezorgdheden. Bijvoorbeeld, nikkel-cadmiumbatterijen worden langzaam vervangen door nikkel-metaalhydride, dat een verbeterde energiedichtheid biedt en geen giftig cadmium bevat. NiMh-batterijen worden op hun beurt ook uitgefaseerd ten gunste van lithium-ion batterijen vanwege hun superieure energiedichtheid.

Recyclage-uitdagingen: ingebouwde batterijen

Naast het optimaliseren van recyclagetechnologieën vanwege complexere batterijstructuren en chemieën, is er een andere belangrijke uitdaging: het feit dat veel nieuwe elektronische apparaten een “ingebouwde” batterij gebruiken in plaats van een verwijderbare component. Dit vormt een uitdaging voor de toekomstige recyclage van batterijen, omdat het de kanalen beperkt langs waar een batterij kan worden gerecycleerd. Apparaten met ingebouwde batterijen vereisen namelijk specialistische demontage door een ervaren technicus om de batterij te verwijderen voordat deze kan worden gerecycleerd.

Het is essentieel dat fabrikanten tijdens de ontwerpfase van batterijen meer aandacht besteden aan recycleerbaarheid. Door batterijen te ontwerpen met het einde van hun levensduur in gedachten, wordt het aanzienlijk gemakkelijker om ze te demonteren en meer materialen terug te winnen tijdens het recyclageproces. Deze design-for-recyclability aanpak kan de terugwinningspercentages aanzienlijk verbeteren en de verwerkingskosten verlagen.

Vermalen vs. demonteren

Huidige recyclagemethoden voor batterijen houden vaak in dat batterijen vermalen worden tot kleine stukjes. Dit maakt het eenvoudiger om bepaalde materialen terug te winnen, maar bemoeilijkt de latere verwerking. Nieuwe en toekomstgerichte recyclagemethoden maken daarentegen gebruik van automatisering en robotica voor de demontage van batterijen. Dit kan de veiligheid en efficiëntie verbeteren en stelt ons in staat om batterijonderdelen volledig intact terug te winnen, klaar om direct opnieuw te worden gebruikt bij de productie van nieuwe batterijen.

De behoefte aan flexibiliteit

Recyclagemethoden die gebaseerd zijn op demontage zullen zeer flexibel moeten zijn om een breed scala aan batterijen uit verschillende apparaten te kunnen verwerken. Sommige fabrikanten ontwikkelen al geavanceerde robots die dit kunnen. Zo heeft Apple bijvoorbeeld slimme robots getoond die hun telefoons kunnen demonteren voor recyclage.

Dit is een prima oplossing voor fabrikanten die hun eigen producten terugnemen voor recyclage. Meer algemene recyclagebedrijven zullen echter complexere en flexibelere oplossingen moeten ontwikkelen om een breder scala aan verschillende batterijen en apparaten te kunnen verwerken.

Directe recyclage en bioleaching
De laatste jaren is er steeds meer aandacht voor “directe recyclagemethoden", die erop gericht zijn efficiënter te werken, meer materialen terug te winnen en energie te besparen in vergelijking met traditionele recyclagebenaderingen. Deze directe recyclagetechnieken behouden de structuur van batterijmaterialen, waardoor ze rechtstreekser opnieuw kunnen worden gebruikt bij de productie van nieuwe batterijen.

Onderzoekers ontwikkelen ook innovatieve nieuwe technieken, zoals bioleaching, waarbij biologische processen worden gebruikt om waardevolle metalen uit batterijen te winnen. Deze opkomende technologieën moeten echter nog hun commerciële haalbaarheid en effectiviteit op grote schaal bewijzen.

Wist je dat... Het een kwestie is van grootte?

Bij sommige batterijtypes is het extra uitdagend om de terugwinningspercentages van materialen te verbeteren. Kleine batterijen uit mobiele apparaten belanden vaak bij het restafval in plaats van via de juiste batterijrecyclagekanalen te worden verwerkt.

Voor grotere batterijen van elektrische voertuigen liggen de terugwinningspercentages veel hoger, dankzij strenge regelgeving binnen de industrie, voorgeschreven routes voor de verwerking van voertuigen aan het einde van hun levensduur, en de reeds aanwezige effectieve infrastructuren.

Hoe zit het met elektrische voertuigen?

Men verwacht dat de elektrische voertuigenindustrie spectaculair zal blijven groeien, wat betekent dat er een enorme toename zal zijn in het aantal (en de grootte van) batterijen die in de komende jaren gerecycleerd moeten worden. Dit heeft geleid tot de ontwikkeling van nieuwe batterijrecyclageprocessen, met een speciale focus op lithium-ionbatterijen, aangezien deze oplaadbare batterijen bedoeld zijn om veel moderne elektrische apparaten van stroom te voorzien.

Het verwijderen van deze batterijen uit het voertuig is arbeidsintensief, en eenmaal verwijderd moeten ze gedemonteerd worden en moeten de afzonderlijke modules worden getest om te bepalen of ze kunnen worden hersteld, hergebruikt of gerecycleerd. Dit hele proces is traag wanneer het handmatig wordt uitgevoerd, maar er is potentieel om het te versnellen met behulp van automatisering en slimme robotica.

Recyclage van elektrische voertuigbatterijen

Er bestaan enkele methoden om batterijen van elektrische voertuigen te recycleren, die zijn afgeleid van andere processen die worden gebruikt voor de verwerking van afgedankte elektrische en elektronische apparatuur. Pyrometallurgische processen zijn aantrekkelijk vanwege hun flexibiliteit: ze kunnen een breed scala aan batterijchemieën, groottes en kwaliteiten verwerken, met weinig voorsortering of voorbewerking. Door te werken op hoge temperaturen worden elektrolyten, bindmiddelen en organische stoffen veilig vernietigd, wat de verdere verwerking vereenvoudigt. Ook worden waardevolle metalen zoals kobalt, nikkel en koper efficiënt teruggewonnen. Pyrometallurgie is echter niet geoptimaliseerd voor de volledige materialenrecuperatie — lithium, aluminium en mangaan belanden doorgaans in de slak, waaruit ze niet op een economisch rendabele manier kunnen worden teruggewonnen.

Hier speelt hydrometallurgie een aanvullende rol. Via chemische uitloging en scheidingstechnieken worden metalen — waaronder lithium — selectief geëxtraheerd en gezuiverd uit de black mass, met terugwinningspercentages tot 95 %, in lijn met de Europese doelstellingen. Bovendien kunnen hiermee batterijkwaliteitsmaterialen worden geproduceerd die rechtstreeks in de fabricage van nieuwe batterijen kunnen worden hergebruikt.

In de praktijk combineren moderne recyclagefaciliteiten beide methoden steeds vaker: pyrometallurgie voor de robuustheid en flexibiliteit bij de inname, hydrometallurgie voor de precisie en maximale materialenrecuperatie.

Hoe ziet de toekomst eruit?

De batterijtechnologie blijft zich ontwikkelen, waarbij fabrikanten steeds geavanceerdere batterijen ontwikkelen met goedkopere materialen. Er zijn nu oplaadbare batterijen beschikbaar die geen kobalt, nikkel of lithium bevatten. Hoewel dit een stap vooruit is op het gebied van duurzaamheid en kostendalingen, creëert het een belangrijke tegenstelling voor de recyclage-industrie: wanneer batterijen minder waardevolle materialen bevatten, is er minder economisch voordeel om deze terug te winnen, wat de recyclagekosten verhoogt. Deze paradox vormt grote uitdagingen voor de toekomstige economie van batterijrecyclage.

Daarnaast blijven recyclagefaciliteiten in heel Europa relatief kleinschalig. Voor de toekomst zal het opschalen van deze faciliteiten en het implementeren van standaardisatie in de industrie cruciaal zijn om kosten te verlagen en de efficiëntie te verbeteren. Alleen door grotere, meer gestandaardiseerde recyclage-operaties kan de industrie hopen de schaalvoordelen te behalen die nodig zijn om batterijrecyclage economisch rendabel te maken op continentaal niveau.