How bacteria can recover precious metals from EV batteries

Er zijn vandaag de dag meer dan 1,4 miljard auto's in de wereld, en dat aantal zou verdubbelen tegen 2036. Als al die auto's benzine of diesel verbruiken, zullen de klimaatgevolgen ernstig zijn. Elektrische auto's stoten minder luchtverontreinigende stoffen uit en als ze worden aangedreven door hernieuwbare energie, draagt het rijden ermee niet bij aan de broeikasgassen die de atmosfeer van de aarde opwarmen.

Maar het produceren van zoveel elektrische voertuigen (vaak afgekort tot EV's) in een decennium zou een piek in de vraag naar metalen zoals lithium, kobalt, nikkel en mangaan veroorzaken. Deze metalen zijn essentieel voor het maken van EV-batterijen, maar ze zijn niet overal te vinden. Het grootste deel van 's werelds lithium ligt onder de Atacamawoestijn in Zuid-Amerika, waar mijnbouw een bedreiging vormt voor de lokale bevolking en ecosystemen.

Toonaangevende fabrikanten van elektrische voertuigen moeten de importkosten laag houden en een betrouwbare bron van deze grondstoffen vinden. Het delven in de diepe zee is een optie, maar dit kan ook schade toebrengen aan habitats en het wildlife in gevaar brengen. Tegelijkertijd stapelen afgedankte elektronica, gevuld met kostbare metalen, zich op in stortplaatsen en in sommige van de armste regio's van de wereld – met 2,5 miljoen ton die elk jaar aan het totaal wordt toegevoegd.

EV-batterijen zelf hebben slechts een houdbaarheid van acht tot tien jaar. Lithium-ionbatterijen worden momenteel gerecycled tegen een schamele snelheid van minder dan 5% in de EU. In plaats van nieuwe bronnen van deze metalen te delven, waarom niet hergebruiken wat er al beschikbaar is?

De grootste lithium-ion batterijrecyclers zijn gevestigd in China. Terwijl recycling vaak wordt gezien als een verplichting waarvoor bedrijven in Noord-Amerika en Europa betaald moeten worden, is de concurrentie om gebruikte batterijen in China zo hevig dat recyclers bereid zijn te betalen om ze in handen te krijgen.

De meeste batterijen die wel worden gerecycled, worden gesmolten en hun metalen worden gewonnen. Dit gebeurt vaak in grote commerciële faciliteiten die veel energie verbruiken en daardoor veel koolstof uitstoten. Deze fabrieken zijn duur om te bouwen en te bedienen, en vereisen geavanceerde apparatuur om de schadelijke emissies te behandelen die vrijkomen tijdens het smeltproces. Ondanks de hoge kosten worden zelden alle waardevolle batterijmaterialen teruggewonnen.

De waarde van de wereldmarkt voor metaalrecycling zal naar verwachting groeien van US$52 miljard (£37 miljard) in 2020 naar US$76 miljard in 2025. Zonder minder energie-intensieve recyclingmethoden zal deze opkomende industrie alleen maar milieuproblemen verergeren. Maar er bestaat een natuurlijk proces voor het winnen van edele metalen uit afval dat al tientallen jaren wordt gebruikt.

Bio-uitloging, ook wel biomining genoemd, maakt gebruik van microben die metaal kunnen oxideren als onderdeel van hun stofwisseling. Het wordt veel gebruikt in de mijnbouwindustrie, waar micro-organismen worden ingezet om waardevolle metalen uit ertsen te winnen. Recentelijk is deze techniek gebruikt om elektronisch afval op te schonen en materialen terug te winnen, met name de printplaten van computers, zonnepanelen, verontreinigd water
en zelfs uraniumstorten.

Mijn collega's en ik van de Bioleaching-onderzoeksgroep aan de Coventry University hebben ontdekt dat alle metalen die aanwezig zijn in EV-batterijen kunnen worden teruggewonnen met behulp van bioleaching. Bacteriën zoals Acidithiobacillus ferrooxidans en andere niet-giftige soorten richten zich op en winnen de metalen individueel terug zonder de noodzaak van hoge temperaturen of giftige chemicaliën. Deze gezuiverde metalen vormen chemische elementen en kunnen daarom oneindig worden gerecycled in meerdere toeleveringsketens.

Opschalen van bio-uitloging houdt in dat bacteriën worden gekweekt in incubators bij 37°C, vaak met gebruik van koolstofdioxide. Er is niet veel energie nodig, dus het proces heeft een veel kleinere CO₂-voetafdruk dan typische recyclingfabrieken, terwijl het ook minder vervuiling veroorzaakt. Door het verminderen van afval van EV-batterijen, betekenen bio-uitlogingsfaciliteiten dat fabrikanten deze kostbare metalen lokaal kunnen terugwinnen en minder afhankelijk zijn van de weinige producerende landen.

Academici die werken aan bio-uitloging stoppen zodra ze alle edele metalen uit het elektronisch afval hebben verwijderd en deze in oplossing zweven. Dit is niet voldoende voor de industrie. Wij combineren bio-uitloging met elektrochemische methoden die deze metalen kunnen opvissen en bruikbaar kunnen maken voor de toeleveringsketens. Helaas worden bestaande methoden in metaalrecycling, die veel energie en giftige chemicaliën vereisen, al tientallen jaren gebruikt. Industrieën kunnen zich niet altijd veroorloven te innoveren, dus is het aan de overheid om veranderingen te verplichten en te investeren in schonere alternatieven.

EV-batterijen zijn een technologie die nog in de kinderschoenen staat. Het hergebruik van hun componenten moet als onderdeel van hun ontwerp worden beschouwd. In plaats van een bijzaak te blijven, kan recycling zowel het begin als het einde van de levenscyclus van een EV-batterij worden met bio-uitloging, waarbij hoogwaardige grondstoffen voor nieuwe batterijen worden geproduceerd tegen lage milieukosten.

Geschreven door Sebastien Farnaud, Hoogleraar Bio-innovatie en Ondernemerschap, Coventry University. Dit artikel is opnieuw gepubliceerd van The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.