Europa wil met haar Critical Raw Materials Act meer zelfvoorzienend worden in de aanvoer van grondstoffen en materialen die van belang zijn voor de energietransitie. Hiervoor wil de EU nieuwe mijnen openen en haar recyclagecapaciteit verhogen. VITO beschikt over veel kennis en expertise in de extractie van grondstoffen uit zowel primaire als secundaire stromen, en het ontwikkelt daarrond oplossingen op maat voor verschillende Belgische en Europese bedrijven. Zo kan VITO een belangrijke rol spelen in de Europese transitie naar een meer zelfvoorzienend grondstoffen- en materialenbeleid.
Een jaar geleden kwam er goed nieuws vanuit het Hoge Noorden. In de buurt van het Zweedse stadje Kiruna bleek de ondergrond grote hoeveelheden zeldzame aardmetalen te bevatten. Dat zijn stoffen waarvan de namen bij de meeste mensen geen belletje doen rinkelen (voorbeelden zijn scandium, yttrium en neodymium) maar die wel cruciaal zijn als grondstof in verschillende hoogtechnologische toepassingen, van smartphones over elektrische auto’s tot windmolens. De aanvoer van zeldzame aardmetalen gebeurt vandaag grotendeels van buiten Europa, vooral vanuit China, waar de stoffen niet alleen worden ontgonnen maar ook worden verwerkt. En dat maakt Europa bijzonder afhankelijk en dus kwetsbaar voor de toegang tot deze ‘kritieke’ grondstoffen, die onmisbaar zijn voor onze economie. Een nieuwe mijn voor zeldzame aardmetalen zou dus hoogst welkom zijn, niet alleen voor Kiruna en voor Zweden, maar voor gans Europa.
Vier doelstellingen
Om meer zelfvoorzienend te worden in de aanvoer van belangrijke grondstoffen en materialen presenteerde de Europese Commissie in 2023 haar Critical Raw Materials Act, kortweg de CRM Act. Die bevat vier belangrijke doelstellingen die tegen 2030 gehaald moeten worden voor strategische grondstoffen. Dat zijn grondstoffen die noodzakelijk zijn voor sectoren die als strategisch worden aanzien in Europa, zoals groene energie, digitalisering, defensie en ruimtevaart.
Ten eerste moet 10 procent van de strategische grondstoffen die Europa verbruikt, ook hier ontgonnen worden. Dat betekent dat er op ons continent nieuwe mijnen moeten worden geopend. Ten tweede moet de verwerking of raffinage van grondstoffen tot halffabricaten voor 40 procent van de Europese vraag eveneens in Europa plaatsvinden. Ten derde moet 15 procent van de grondstoffen die jaarlijks worden verbruikt afkomstig zijn van recyclage. En ten vierde mag niet meer dan 65 procent van een strategische grondstof uit eenzelfde land afkomstig zijn.
VITO werkt al vele jaren op de extractie van strategische en kritieke grondstoffen, en dit uit zowel primaire als secundaire stromen. Dit onderzoek gebeurt bovendien heel breed, waardoor VITO voor elk van de vier doelstellingen in de CRM Act een sterke bijdrage kan leveren. ‘Toen de Europese Commissie in 2011 voor het eerst lijsten publiceerde met kritieke grondstoffen, waren wij bij VITO er al volop mee bezig’, zegt Liesbet Van den Abeele van VITO. ‘Op die eerste lijsten stonden trouwens maar 14 grondstoffen, vandaag zijn dat er 34. Dit toont het groeiende belang van deze kwestie aan.’
Het VITO-onderzoek spitst zich onder meer toe op de extractie van waardevolle grondstoffen en materialen uit mijnafval of uit reststromen die bij de ontginning ontstaan. Door sterker hierop in te zetten kan de winning van strategische grondstoffen in Europa (de eerste doelstelling) worden verhoogd, en kan de milieu-impact van de mijnen worden verkleind. Daarnaast bezit VITO ook heel veel technologische kennis over de recuperatie en recyclage van grondstoffen uit industrieel afval of eindeleven producten, zoals afgedankte elektronische apparatuur of batterijen (de derde doelstelling). Tot slot ondersteunt VITO met haar onderzoek naar circulaire businessmodellen ook het halen van de tweede doelstelling, want meer hergebruik van materialen alsook het vermijden van overtollig materialengebruik verkleint de nood aan primaire halffabricaten. ‘Daarom is het ook belangrijk dat de doelstellingen als percentages zijn geformuleerd’, stipt Van den Abeele aan. ‘Hierdoor kunnen ze ook worden bereikt door de vraag naar primaire materialen te verminderen.’
Drie (+ één) technologieplatformen
Het technologisch onderzoek van VITO binnen de CRM Act focust onder meer op het chemisch winnen van metalen in drie stappen: extractie, opzuivering en -concentratie, en precipitatie (chemische neerslag). VITO beschikt voor elk van deze stappen over technologische oplossingen, oftewel technologieplatformen.
‘Extractie is vergelijkbaar met de manier waarop met koffiebonen koffie wordt gemaakt’, zegt Jeroen Spooren van VITO. ‘Het extractieproces, of de uitloging, kunnen we bijvoorbeeld verbeteren door microgolfstraling in te zetten. Zo verkrijgen we selectieve reacties die slechts een beperkte hoeveelheid chemicaliën en energie vereisen.’ De methode wordt bijvoorbeeld gebruikt om goud, zilver en platinagroep-metalen (onder meer platina, palladium en rhodium) uit afval zoals e-waste, zonnepanelen of afgedankte auto-onderdelen in een waterige oplossing te brengen. In het kader van een Europees project (PEACOC) zal in april 2024 een pilootinstallatie gebaseerd op deze methode in gebruik worden genomen.
‘Voor de opconcentratie ontwikkelen we onder meer sorbenten, sponsachtige materialen die bepaalde componenten in een waterige stroom kunnen adsorberen (de componenten hechten zich aan het oppervlak van de sorbenten)’, zegt Bart Michielsen van VITO. ‘Daardoor kunnen deze componenten worden opgezuiverd en opgeconcentreerd.’ Voorbeelden van grondstoffen die met deze methode kunnen worden gewonnen zijn palladium, scandium, vanadium en – last but not least – lithium. VITO is bijvoorbeeld betrokken een ander Europees project (LiCORNE) waarin lithium wordt gewonnen uit ertsen in de Europese ondergrond. Het ‘witte goud’ is misschien wel de bekendste van alle strategische grondstoffen, vooral door het gebruik in de lithium-ionbatterijen van elektrische auto’s.
Het derde technologieplatform is gebaseerd op de zogeheten gasdiffusie-elektrokristallisatiemethode, meestal afgekort als GDEx. ‘Deze methode werkt met elektriciteit als drijvende kracht om gassen zoals koolstofdioxide of zuurstof om te zetten in stoffen die selectief reageren met de materialen die we willen terugwinnen’, zegt Xochitl Dominguez-Benetton van VITO. Hierdoor kunnen ook waardevolle grondstoffen uit waterige afvalstromen worden gerecupereerd, zoals edelmetalen, kobalt, mangaan en lithium. ‘Het mooie is dat deze materialen worden geüpcycled tot vormen die functioneel zijn en opnieuw kunnen worden geïntegreerd in duurzame waardeketens.’ VITO coördineert bijvoorbeeld een Europees project (FIREFLY) waarin al is bewezen dat metalen uit de platinagroep op deze manier kunnen worden teruggewonnen en daarna direct toegepast als katalysator voor de elektrochemische oxidatie van methanol. VITO neemt ook deel aan een ander Europees project (Rhinoceros) waarin de technologie wordt gebruikt voor de terugwinning van nikkel, kobalt en mangaan, die na de upcycling rechtstreeks in batterijen kunnen worden toegepast. En in het LiCORNE-project heeft de GDEx-methode gezorgd voor volledige extractie van het lithium aanwezig in geothermische pekel. ‘Een ander voordeel van de methode is dat ze uitblinkt in het selectief terugwinnen van de metalen wanneer ze in lage concentraties aanwezig zijn in zeer complexe oplossingen’, zegt Metin Bulut van VITO. ‘Daarenboven wordt het proces volledig elektrisch aangedreven en hoeven er geen chemicaliën te worden toegevoegd.' Ook deze methode is volop in ontwikkeling. In een Griekse fabriek draait momenteel een pilootinstallatie die volledig uit VITO-technologie bestaat en waar recyclage van autokatalysatoren, fotovoltaïsche panelen en printplaten zal plaatsvinden.
Spooren vermeldt nog een vierde technologieplatform, dat eerder fysisch werkt dan chemisch (zoals bij de andere drie). ‘Voordat een materiaal chemisch behandeld kan worden om er grondstoffen aan te onttrekken, kan het eerst nog fysicochemisch opgeconcentreerd worden. Op VITO hebben we een uitgebreid labo uitgerust met tal van fysicochemische scheidingstoestellen. Deze toestellen kunnen een materialenmix scheiden in fracties aan de hand van eigenschappen zoals korrelgrootte, specifieke dichtheid (densiteit) en magnetisme. Door deze scheiding toe te passen kunnen materialen worden uitgesorteerd die effectief de gewenste grondstoffen bevatten, waarna ze verder kunnen worden opgeconcentreerd met bovenste technologieplatformen.’
Zeer belangrijk in al dit onderzoek is de energiekost. De technologieën zijn daarom best energie-efficiënt. ‘Daarnaast kijken we bij VITO ook erg naar de milieu-impact, die net als het energieverbruik laag moet zijn. We capteren deze verschillende dimensies in levenscyclusanalyses die we voor de diverse technologieën maken’, aldus Van den Abeele. ‘Zo krijgen we zicht op het volledige plaatje.’
Nu Europa werk maakt van meer zelfvoorziening in de aanvoer van belangrijke grondstoffen, staat VITO klaar om de doelstellingen van de CRM Act mee te helpen realiseren. Met haar bestaande technologische knowhow en expertise biedt ze kansen voor de Europese industrie om snel te handelen.
