Energietransitie

 

Schaarste aan grondstoffen kan energietransitie hinderen

Schaarste aan grondstoffen kan ervoor zorgen dat we in de toekomst niet genoeg groene waterstof kunnen produceren om ambities waar te maken. En het kan zelfs de hele energietransitie hinderen. Weinig mensen zijn zich bewust van dit probleem. Tegelijk is het ook de vraag wiens probleem die schaarste eigenlijk is.

Dagmar Aarts

geanimeerde-knop

Voor de energietransitie zijn veel meer grondstoffen nodig dan in ons huidige energiesysteem. Zij zouden door dat toenemend gebruik schaars kunnen worden. Windturbines, zonnepanelen, elektrische voertuigen en elektrolyzers hebben allemaal componenten die op grote schaal zijn gemaakt van schaarse grondstoffen.
Grondstoffen zijn niet alleen schaars als voorraden uitgeput raken. Het kan ook zijn dat een toeleveringsketen kwetsbaar is. Dat kan weer komen doordat er weinig bronnen voor de grondstoffen (of componenten die daarvan zijn gemaakt) zijn en sommige landen een monopolie hebben. Zo komen veel materialen uit de mijnen in China. Als China besluit om materialen zelf te houden voor de opbouw van eigen industrie, is het lastig om er nog aan te komen.
Het probleem van de schaarse grondstoffen is te vergelijken met de situatie rond coronavaccins volgens energietransitie-consultants Anastasia Gavrilova en Sara Wieclawska van TNO. Zij schreven twee papers over het onderwerp. Wieclawska: ‘Technisch gezien worden er nu genoeg vaccins geproduceerd, maar rijke landen kopen de volledige productie op. Er gaat niks naar arme landen toe. Precies deze problemen spelen rondom schaarse grondstoffen.’

Elektrolyzers
Er is nog een vergelijking met vaccins te maken. ‘Er is geen overheidsstrategie om ze te verspreiden’, legt Gavrilova uit. ‘Hetzelfde zien we gebeuren bij materialen. Niet zoveel landen hebben een overheid die het probleem van schaarse grondstoffen overziet. De manier waarop we er nu mee omgaan, is de vrije markt. Het probleem daarvan zag je toen Audi zijn productievolume voor elektrische auto’s moest terugschroeven omdat de batterijleverancier de vereiste hoeveelheden niet kon leveren. Dan ben je al te laat. Er is een langetermijnvisie van overheid en industrie nodig om deze structurele problemen op te lossen. We moeten anders omgaan met de beschikbare grondstoffen en we moeten technologie ontwikkelen en veranderen. Maar dat kost tientallen jaren.’
Dat er aan sommige grondstoffen voor de energietransitie in de toekomst een tekort is, daar zijn nog maar weinig mensen, bedrijven en overheden zich van bewust. TNO wil dat op de kaart zetten en heeft twee papers (paper 1, paper 2) uitgebracht. Daarin heeft de onderzoeksorganisatie zich vooral gericht op elektrolyzers waarmee groene waterstof kan worden geproduceerd. Daar was nog weinig onderzoek naar gedaan in tegenstelling tot windenergie, zonnepanelen en elektrische auto’s.

Is de vrije markt wel de plek om schaarse materialen te verhandelen?

Iridium
Het kost tijd om bewustzijn over een onderwerp te creëren, dat beseffen Wieclawska en Gavrilova goed. ‘Op zich geldt dit voor alle maatschappelijke problemen waarvan consequenties niet onmiddellijk duidelijk zijn, zoals klimaatvraagstukken.’
In hun papers kijken de twee TNO’ers naar schaarse grondstoffen voor PEM-elektrolyzers. Ze gaan er daarbij van uit dat PEM-elektrolyzers en AEL-elektrolyzers (twee typen die op de markt verkrijgbaar zijn) even vaak worden gebruikt. Alle huidige elektrolyzers hebben schaarse grondstoffen nodig als katalysator om watermoleculen te splitsen. Een PEM-elektrolyzer gebruikt daar platina en iridium voor. Van dat laatste materiaal wordt nu jaarlijks zevenduizend kilo per jaar gedolven.
Hoewel verschillende scenario’s voor de vraag naar waterstof voor de Europese Unie in 2050 sterk uiteenlopen, gaat TNO er in de paper vanuit dat ongeveer 8100 petajoule waterstof nodig is. Om zoveel waterstof te kunnen produceren, zou de jaarlijkse vraag naar iridium voor elektrolyzers alleen al 122 procent zijn van de huidige wereldwijde iridiumproductie. En dat is dus alleen nog maar de waterstofproductie in de EU. Daarbij komt nog eens dat iridium ook in de chemie en in elektronica wordt gebruikt.

Geen silver bullet
Een tekort aan iridium en andere grondstoffen zou het behalen van de klimaatdoelen kunnen vertragen. Wieclawska: ‘Als je puur kijkt naar elektolyzers, zou je kunnen zeggen dat er niet genoeg iridium gaat zijn om ze allemaal te bouwen. Of we die elektrolyzers echt nodig hebben en of de scenario’s allemaal waarheid worden, weten we niet. Maar ik ben er wel van overtuigd dat er schaarste gaat zijn.’
Gavrilova vult aan: ‘Er zal ongetwijfeld technologische ontwikkeling zijn die die behoefte beïnvloedt, maar toch zorgt de schaarste voor een extra en lastig te nemen barrière.’
Helaas is er geen ‘silver bullet’ waarmee de problemen rondom schaarse grondstoffen voor elektrolyzers zijn op te lossen. Een combinatie van verschillende strategieën zou moeten helpen. Een deel van de oplossing ligt bij de politiek. ‘Goed samenwerken in Europa en samen technologie ontwikkelen’, zegt Wieclawska. ‘Wat een no regret optie is, en wat in sommige landen al gebeurt, is het opzetten van een systeem waarin de toekomstige vraag naar materialen wordt gemonitord en strategieën worden ontworpen die als mitigatie-strategie dienst kunnen doen. Wij vinden dat je ook naar de producten moet kijken waar dergelijke grondstoffen inzitten om daar ook beleid voor te ontwikkelen. Het is voor ons in ieder geval makkelijker een productbeleid op te zetten, dan ons direct met mijnbouw bezig te houden.’

Vrije markt
Wieclawska en Gavrilova hebben ook een wat meer filosofisch voorstel. Zij vragen zich af of de vrije markt wel de plek is om schaarse materialen te verhandelen. ‘Op de vrije markt is het zo dat degene die de hoogste prijs kan betalen, het spul krijgt’, zegt Wieclawska. ‘Dat zijn bedrijven die de grootste marges maken op hun producten zoals bijvoorbeeld Apple. Op consumenten- en luxegoederen zit een grote marge. Niet op windmolens en elektrolyzers. Dat is bijna allemaal zwaar gesubsidieerd. Die businesscases komen nu al niet rond. Als overheid of Europese Unie zou je misschien moeten zorgen dat een deel van het materiaal bij de essentiële industrie terecht komt. Dan ligt er een veiligheidsnet onder de energietransitie.’

Recycling
Andere strategieën die kunnen helpen bij het grondstoffenprobleem voor elektrolyzers zijn het langer gebruiken van de installaties en recycling van elektrolyzers. De belangrijkste strategie is het verminderen van iridium. Er wordt technologie ontwikkeld waarbij de iridiumlaag tien keer dunner kan, maar dat gebeurt nu alleen nog op lab-schaal. ‘We hebben in de toekomst misschien niet altijd virgin materiaal nodig’, zegt Gavrilova. ‘We hebben enorme hoeveelheden e-waste in Europa. We kunnen twee vliegen in één klap slaan, omdat recycling misschien ook meer energie-efficiënt is. Maar nu zijn de initiatieven minimaal op dit gebied in Europa. We recyclen op het moment niet genoeg van de materialen. Bovendien duurt het natuurlijk nog even voordat de einde-levensfase voor elektrolyzers is bereikt.’ Daarbij komt ook nog eens dat een businesscase op dit gebied moeilijk rond te rekenen is.

Niemands probleem
Op basis van de resultaten uit het onderzoek probeerde TNO in contact te komen met elektrolyzer-producenten om over de problematiek te praten. Maar daar bleek toen nog geen aandacht voor. De kosten van iridium maken een klein deel uit van de totale kosten van een elektrolyzer. Wieclawska: ‘Bedrijven die gebruikmaken van elektrolyzers voelen het probleem nu niet en vragen er daardoor niet naar. Het probleem is dat de schaarste niemands probleem is.’
Dat blijkt uit het volgende voorbeeld. Recent was er weinig balsahout beschikbaar. Dit hout wordt gebruikt in de bladen van windturbines. Het ging in prijs van twee dollar per boom naar veertig dollar. Wiens probleem is dat? Van Ecuador, waar balsabomen groeien? Van Siemens, die het bestelt en gebruikt in windmolens? Of van de samenleving, die de elektriciteit van de windmolens gebruikt? ‘Het is van niemand een probleem. Het is een groot systeem’, zegt Wieclawska. ‘Daarom willen we het ook voor het voetlicht brengen.’

Oogkleppen
Ze denken dat de tijd daar nu rijp voor is. De wereld is zo bezig met verduurzaming dat men veel meer bereid is om oogkleppen af te doen. ‘We kunnen niet maar alles bouwen en produceren. Er zijn bepaalde grenzen. Daar was vroeger geen oor naar’, zegt Wieclawska.
Om te werken aan de problematiek rondom de schaarste van grondstoffen zijn volgens Gavrilova veel verschillende disciplines nodig. ‘Voor ons onderzoek hadden we contact met collega’s uit vijf verschillende sectoren. Het is niet alleen een wereldwijde inspanning, maar ook van mensen met allerlei verschillende achtergronden. We moeten samenkomen, dezelfde taal spreken en tot oplossingen komen.’

Er is niet genoeg iridium om elektrolyzers te bouwen in de toekomst.
Video
Share

Your name

Your e-mail

Name receiver

E-mail address receiver

Your message

Send

Share

E-mail

Facebook

Twitter

Google+

LinkedIn

Sign up

Sign up