1
Kritieke metalen voor de transitie naar een koolstofarme economie
Koen Binnemans
KU Leuven, Departement Chemie
Een megatrend in onze huidige maatschappij is het afbouwen van het gebruik van fossiele brandstoffen (gas, olie en steenkool). Deze omschakeling van fossiele brandstoffen naar hernieuwbare bronnen wordt de transitie naar een koolstofarme economie genoemd. Voor deze transitie zijn elektriciteitsproductie (windturbines en zonnecellen), elektriciteitsopslag (batterijen) en elektrische mobiliteit van essentieel belang. Iedereen vindt deze evolutie vanzelfsprekend en de transitie krijgt steun vanuit alle geledingen van de maatschappij. Minder bekend is dat er voor de verwezenlijking van deze transitie veel minerale grondstoffen nodig zijn. Het betreft ook niet-klassieke metalen, zoals zeldzame aarden (rare-earth elements, REE), indium (In), gallium (Ga), germanium (Ge) en kobalt (Co). De zeldzame aarden neodymium (Nd) en dysprosium (Dy) zijn essentieel voor de productie van zeer sterke permanente magneten die worden gebruikt in elektromotoren van elektrische wagens en elektrische fietsen en in de generatoren van windturbines. Lithium, kobalt en lithium worden gebruikt in batterijen, terwijl indium, gallium en germanium toepassing vinden in zonnecellen. Vele van deze grondstoffen hebben een groot bevoorradingsrisico en worden daarom door de Europese Commissie als ‘kritieke grondstoffen’ omschreven. Het kritieke gehalte van grondstoffen heeft weinig te maken met de zeldzaamheid van deze grondstoffen in de aardkorst, maar alles met geopolitieke factoren. De bevoorradingsrisico's kunnen te wijten zijn aan het monopolie van één land in productie van grondstof of het feit dat de belangrijkste voorraden van een grondstof in politiek-onstabiele landen of conflictzones voorkomen.
Het rapport van de Club van Rome uit 1972 (gepubliceerd in het boek “De grenzen aan de groei”) schetste een zeer somber beeld van de toekomstige beschikbaarheid van grondstoffen. Zo werd voorspeld dat reeds tegen het jaar 2000 de kopervoorraden grotendeels zouden uitgeput zijn. De voorspellingen over grondstoffenschaarste bleken echter allemaal foutief te zijn. We hoeven geen vrees te hebben dat onze grondstofvoorraden snel uitgeput zullen raken, al moeten we natuurlijk wel goed beseffen dat minerale grondstoffen niet-hernieuwbare grondstoffen zijn, waarmee zuinig moet worden omgesprongen. Vele elementen die voor cleantech-toepassingen worden gebruikt, kunnen echter alleen worden verkregen als nevenproducten bij de winning van basismetalen, zoals koper en zink, wat problemen meebrengt als de vraag naar deze nevenproductmetalen sterk stijgt.
2 Europa beschikt over weinig primaire grondstoffen, maar des te meer over grote volumes aan procesresidu’s van de metaalverwerkende nijverheid, die vaak nog aanzienlijke concentraties aan waardevolle metalen bevatten. Voorbeelden hiervan zijn bauxieutresidu van de aluminiumindustrie (bevat zeldzame aarden en vooral scandium), fosfogips van de fosfaatindustrie (bevat zeldzame aarden) en ijzerrijk slib van de zinkindustrie (bevat germanium en indium). Voor het gebruik van deze industriele procesresidu's kiest men best voor het concept van afvalloze valorisatie (zero-waste valorisation), waarbij niet enkel de kritieke metalen worden gerecupereerd, maar waarbij bijna alle componenten in de afvalstroom worden gevaloriseerd. Voor elke afvalstroom moet specifiek proces worden ontwikkeld om kritieke en basismetalen te recuperen, terwijl gelijktijdig een oplossing moet gevonden worden voor de vaste matrix die overblijft na metaalextractie.
De transitie naar een koolstofarme economie moet dan ook hand in hand gaan met de transitie naar een circulaire economie, waar maximaal wordt ingezet op recuperatie en recyclage. Voor kritieke metalen die nu pas in grote volumes nodig zijn in nieuwe toepassingen, vormt recyclage geen panacee, omdat er nog te weinig van die metalen in omloop zijn en in de nabije toekomst in aanmerking komen voor recyclage. In dat geval is er nog steeds behoefte aan de primaire ontginning van die metalen. Het grote gevaar voor de voldoende bevoorrading van kritieke metalen is echter dat het zeer moeilijk is om nieuwe mijnen te openen, zeker in Europa, onder andere door de (soms terechte) tegenkanting van lokale gemeenschappen die in de buurt van die mijnen wonen en bezorgd zijn over de potentiële impact op het milieu en de gezondheid. Het is een paradox dat juist degenen die erg milieubewust zijn en streven naar een snelle transitie naar een koolstofarme economie door hun protesten tegen de opening van nieuwe mijnen de bevoorrading van de grondstoffen die nodig zijn voor deze transitie net in gevaar kunnen brengen. Een open, transparante dialoog over deze paradox dringt zich op, zodat de transitie naar een klimaatvriendelijke economie, en de cruciale rol hierin van de toevoer van kritieke metalen, bespoedigd wordt. Vandaar dat de Social License to Operate zo belangrijk is.
Voor meer info, zie de website van SIM2 KU Leuven: http://kuleuven.sim2.be/
Artefact Symposium "Transitioning to a low-carbon economy. The social licence to operate for mining and recycling of critical metals". Woensdag 21 februari 2018, 9:30-18:00, STUK, Leuven. Registreren via: https://www.artefactsymposium.com/
