Lithium is een antidepressiva en kan tegelijkertijd gezien worden als het rode bloedlichaampje van de batterij. Er is nogal wat over te doen: lithium zou alleen te vinden zijn in politiek instabiele landen en er zou onvoldoende van het spul zijn om over te schakelen van olie op elektrisch vervoer. In dit blog prikken we deze mythes eens stevig door.
Het kleinste metaaldeeltje op aarde
Lithium is het kleinste metaaldeeltje op aarde. Het prijkt netjes op de tweede regel van het periodieke systeem, helemaal aan de linkerkant (zie plaatje). Zoals we wellicht nog van onze schooltijd weten, betekent dit dat het lithiumatoom heel klein is. Alleen waterstof (H) en helium (He) zijn kleiner. Doordat het zo klein is, kan lithium zich makkelijk een weg banen door de batterij heen, van de ene in de andere pool waarbij het energie opneemt en weer afgeeft. Net zoals de rode bloedlichaampjes in ons bloed. Hoe dit precies werkt hebben we al eens eerder uitgelegd.
Energie, smeermiddel en antidepressiva
Ruim een vijfde van de naar schatting 20 tot 30 duizend ton lithium die jaarlijks wordt geproduceerd, gaat naar batterijen. Daarnaast wordt lithium ook toegepast in aardewerk en glas (31%), smeermiddelen (10%), luchtbehandeling (5%) en andere toepassingen, waaronder antidepressiva. Het gebruik in batterijen is de laatste jaren enorm toegenomen, wat weer vooral veroorzaakt werd door de explosieve groei in laptops en mobieltjes.
Lithium reserves ‘groeien’; tenminste: op papier
De US Geological Survey (USGS) houdt al sinds jaar en dag bij hoeveel we nog over hebben van verschillende natuurlijke hulpbronnen, waaronder lithium. Tot 2009 hanteerde de USGS een systematiek waarbij men het had over ‘reserves’ en ‘reserve base’. De reserves zijn alle voorraden die op dit moment economisch winbaar zijn. De reserve base verwijst naar de hoeveelheid die op dit moment economisch winbaar is én de voorraad die dat nog net niet is én de hoeveelheid die ‘sub-economisch’ winbaar is. Kortom: zo’n beetje alle lithium die op een bepaald moment in de tijd, met voldoende hoge grondstofprijzen, nog te winnen is.
Deze classificatie is nogal lastig, omdat bij stijgende grondstofprijzen de hoeveelheid reserves en de reserve base dus kan toenemen. Dat is in de loop van de tijd dan ook gebeurd: de reserves zijn van 3.4 miljoen ton in 2000 gegroeid tot 9.9 miljoen ton in 2010, terwijl er in realiteit natuurlijk lithium is verdwenen uit de aardkorst in de afgelopen jaren. Het maakt in ieder geval duidelijk dat de vraag ‘hoeveel lithium is er nog’ niet eenvoudig te beantwoorden is. Of misschien toch wel: genoeg, als je maar geld hebt.
Naar schatting in totaal 25.5 miljoen ton beschikbaar
Is er dan nergens een absoluut getal te vinden? Jawel hoor. Dezelfde USGS hanteert ook de term ‘world resources’: een schatting van de totale hoeveelheid van een grondstof. Van lithium is er volgens de USGS nog zo’n 25.5 miljoen ton beschikbaar. Dat is ruim 1,000 keer de totale hoeveelheid lithium die we op dit moment met z’n allen jaarlijks gebruiken. Uitgedrukt in termen die we bij olie, gas en kolen ook gebruiken: we hebben nog voor meer dan 1,000 jaar lithium over bij het huidige gebruiksniveau.
Er is genoeg lithium
Ruim 16 miljoen van die 25,5 miljoen ton is dus op dit moment niet rendabel te winnen. 9.5 miljoen ton wel. Dat is genoeg voor 380 jaar met het huidige gebruik. Dat is wel even wat anders dan 43 jaar voor olie, 58 voor gas en 123 jaar voor kolen met het huidige gebruik (berekend op basis van USGS statistieken). En na die 380 jaar? Je kunt lithium prima recyclen. Het is dus niet zoals bij olie, kolen en gas, dat wanneer je het verbrandt, je het dan definitief kwijt bent. Lithium kan worden teruggewonnen uit batterijen. Op dit moment wordt dat overigens nauwelijks gedaan, omdat nieuw gewonnen lithium simpelweg te goedkoop is .
Het gros van de lithium voorraad ligt in Bolivia (9 miljoen ton) en Chili (meer dan 7.5 miljoen ton). Daarnaast hebben Argentinië en China naar schatting elk 2.5 miljoen ton. Maar ook landen als de VS, Australië, Portugal, Brazilië, Canada en Zimbabwe hebben lithium(productie). Hier zitten toch een hoop politiek stabiele landen tussen.
De productie van lithium groeit gestaag
Het in de grond hebben van lithium is één; het eruit halen twee. In 2009 werd er 18 duizend ton geproduceerd. Dit is exclusief de productie in de VS, welke niet wordt vrijgegeven omdat er eigenlijk maar één lithium producent is in de VS, waardoor productie data voor de VS bedrijfsgevoelige informatie is. De 18 duizend ton in 2009 is vergeleken met voorgaande jaren een aardige dip in de productie. Voornaamste reden was niet dat er geen lithium meer werd gevonden, maar dat de productie op een lager pitje was gezet wegens de financiële en economische crisis.
Meer vraag, hogere prijs, meer aanbod
In de afgelopen tien jaar is de productie van lithium wereldwijd (zonder de VS) met gemiddeld zo’n 4.5% per jaar toegenomen. De grote vraag is nu hoe hard de productie van lithium in de toekomst door kan groeien gegeven de beschikbare mijn- en productiecapaciteit. Er zijn experts die stellen dat de hoeveelheid lithium die in de komende jaren geproduceerd kan worden, aanzienlijk minder is dan de vraag, die explosief gaat groeien als elektrische auto’s massaal hun intrede doen. Aan de andere kant zien we nu al dat er flink geïnvesteerd wordt in lithium mijnen. Een snel stijgende vraag naar lithium zou zeker op de korte termijn een prijsopdrijvend effect kunnen hebben, maar dat is waarschijnlijk van korte duur. Een hogere prijs zal meer investeringen in de sector aantrekken, waardoor de productie opgeschroefd kan worden.
Tot slot: hoeveel auto’s kunnen op lithium rijden?
De grote vraag is natuurlijk of we alle benzine en diesels wel door een elektrisch model kunnen vervangen, gegeven de hoeveelheid lithium. Er gaat naar schatting zo’n 0.3 kilogram lithium in een batterij van 1 kWh. Laat het een onsje meer of minder zijn en we komen uit op 0.2 tot 0.4 kg lithium per kWh batterij.
Op dit moment rijden er bijna 1 miljard auto’s rond wereldwijd. Als al die auto’s een batterij zouden hebben zoals nu in de Nissan Leaf zit, 24 kWh, dan hebben we tussen de 5 en 10 miljoen ton lithium nodig. Met de 9.5 miljoen ton lithium die we nu al rendabel kunnen winnen halen we dat dus wel. En tegen de tijd dat we zoveel elektrische auto’s hebben rondrijden, zal er hoogst waarschijnlijk al wel weer een alternatief zijn voor lithium.
Interessant en duidelijk artikel. Ik zou echter die berekening aan het einde van het artikel als volgt insteken:
Stel: van die 1 miljard auto’s worden er zo’n 10% per jaar vervangen. Dan is je jaarlijkse lithium behoefte (bij een 100% behoefte aan elektrische auto’s) volgens dit stuk 0,5 tot 1 miljoen ton. Dan heb je dus opeens nog maar 10 jaar te gaan met de huidige economisch winbare voorraad (die met een dergelijke vraag natuurlijk zal toenemen).
Er zal dus wel degelijk een (zeer) goed recycle systeem opgezet moeten worden!
Dag Daniël,
Je hebt hier een goed punt: recycling van lithium wordt op den duur wel noodzakelijk (en is gelukkig ook goed te doen) als we Hele Grote aantallen elektrische auto’s met lithium-batterijen gaan gebruiken. Maar, het is niet zo dat we maar 10 jaar te gaan hebben met de huidige hoeveelheid lithium. Het zal we heel veel meer dan 10 jaar duren voordat we 1 miljard EV’s hebben rijden waarvan 10% per jaar vervangen wordt. Mochten we tegen die tijd geen lithium recyclen (en nog steeds vooral lithium gebruiken), hebben we wel een probleem.
Groet!
Wouter
Wellicht zinvol om toe te voegen: lithium zelf is niet winbaar, wel lithiumcarbonaat waaruit lithium wordt gehaald. De vraag is nu, gaan deze voorraadcijfers over de voorraden lithiumcarbonaat of puur lithium na verwerking van het carbonaat (je snapt, 1 ton lithiumcarbonaat levert niet 1 ton lithium op)? Ten tweede wordt lithiumcarbonaat voor andere doeleinden gebruikt, zoals in glas en keramiek (aldus Wiki). Hoeveel gaat daarin om op jaarbasis en wat zijn de prognoses? Met deze twee aanvullingen wordt deze calculatie zuiverder. Zie ook het Duitse Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung – ZSW. En als derde opmerking: Bolivia (Morales) heeft heel eigen ideeën over industrialisering en met name het eigendom van de bedrijven/installaties in zijn land, waardoor exploitatie van de grootste voorraad op dit moment nog niet goed mogelijk is (politiek gezien).
Dag Marc,
Bedankt voor je toevoegingen! Hieronder de antwoorden op jouw vragen/opmerkingen:
Ik heb het in de blog over lithium, niet lithiumcarbonaat, zoals het gewonnen wordt. Ook in de berekeningen heb ik het over lithium. Dus, de tonnen die ik noem (en ik van de USGS heb gehaald) verwijzen allemaal naar lithium. Dit lithium wordt ook gebruikt voor andere doeleinden (zie derde alinea in het blog).
Tachtig procent van de lithium gaat naar iets anders dan batterijen. Die 80% gaat dan om 24,000 ton per jaar. Zuiverder is om dit (en de groei daarin) wel mee te nemen, maar, omdat het om relatief weinig lithium gaat tem opzichte van de 9.5 miljoen ton winbare lithium én vooral omdat de onzekerheid rondom de 9.5 miljoen groot is – in de orde grootte van een miljoentje meer of minder – heb ik die 24,000 en de groei daarin, weggelaten in de slotberekening.
De studie van het ZSW ken ik wel. Ze berekenen dat er nog veel meer EV’s gemaakt kunnen worden uit de lithium die er is. Dit komt omdat ze op een aantal punten wat andere aannames maken dan ik:
1) ze zitten aan de lage kant wat betreft kg lithium per kwh batterij
2) ze gaan uit van 20 kWh batterijen in een auto en ik van 24 kWh (zoals in de Leaf zit)
3) ze gaan uit van alle resources, ik alleen van de economisch rendabel te winnen hoeveelheid lithium
Ik zit wat mijn inschatting betreft dus nog aan de lage kant vergeleken met ZSW.
Tot slot (excuus voor het lange verhaal): ik heb begrepen dat Bolivia begonnen is met de exploitatie van haar lithium voorraden: zie bijvoorbeeld http://www.miningweekly.com/article/bolivia-advances-lithium-project-2010-07-30. Het zal nog wel even duren voordat er een efficiente mining-industry staat, maar er is ook nog wel wat tijd. Er gebeurt in ieder geval wel al iets aldaar.
Groet!
Wouter
Interessante ontwikkelingen allemaal. Wouter, je moet echt niet je excuses aanbieden voor een lang verhaal, zeker niet als het ingaat op alle punten die genoemd worden. Hoe meer informatie beschikbaar is, des te beter kunnen we de toekomst tegemoed lachen!
Spread the word!
Oja, en voor extra informatie iedereen, kijk dan de documentaire: Who killed the electric car?
Groeten Luuk
Er is momenteel een ontwikkeling in Amerika waarbij zonnecellen in ramen worden geintegreerd. Omdat het glas van het raam al de benodigde silicium bevat is het goedkoper te produceren. Ook autoruiten zijn er vermoedelijk zeer geschikt voor en daarmee kan de accu van een electrische auto dus handig worden bijgeladen tijdens het rijden zo vermoed ik. Ook schijnen er voor dit jaar al de nodige snelladers langs de snelwegen te worden geplaast, hiermee is je accu in een half uur voor 80 % opgeladen. Hiermee is de electrische auto vermoedelijk sneller aanwezig in het dagelijks verkeer dan iedereen denkt. Nu de aanschafprijs nog wat naar beneden en wellicht lichter composietmateriaal gebruiken voor de carosserie.
Hallo Harmen,
van de technologie in de autoruiten had ik nog niet gehoord.
De snelladers, dat heb je goed gehoord. Het ‘schijnt’ niet alleen te gaan gebeuren, het gaat ook echt gebeuren. Sterker nog, de meesten van die snellaadpunten komen bij ons vandaan (tenminste, in samenwerking met een hoop partners waarmee we het netwerk uit de grond aan het stampen zijn).
groet,
Alef