Het hergebruik en de recyclage van HV-batterijen

Van de verschillende recyclageprocessen tot de laatste ontwikkelingen

Met de groeiende populariteit van hybride- en elektrische voertuigen worden er steeds meer HV-batterijen (high voltage) gebruikt. Deze batterijen zijn essentieel voor de werking van het voertuig, maar kunnen ook een aanzienlijke impact op het milieu hebben wanneer ze het einde van hun levensduur naderen. In dit artikel bespreken we het belang van de recyclage van HV-batterijen en hoe dit op een verantwoorde manier kan gebeuren.

Het belang van hergebruik

In de transitie van wagens met verbrandingsmotoren naar elektrische voertuigen zijn twee verschillende elektrische systemen van belang. Het hoofdsysteem is hoogspanning, variërend tussen de 200 en 800 volt. Deze HV-batterijen voeden de aandrijflijn en het voortstuwingssysteem van een elektrische auto.

Voor de duurzaamheid van elektrische voertuigen is het belangrijk om de levensduur van HV-batterijen te maximaliseren. In de eerste plaats garandeert de constructeur normaal gezien een goede werking van een HV-batterij van minimaal 8 jaar. Nadien wordt de batterij getransporteerd, ontmanteld tot op moduleniveau en getest voor eventueel hergebruik.

Hierbij is vooral de 'State of Health' van belang, de verhouding tussen de resterende capaciteit van een batterijpakket (op het moment van testen) en de capaciteit in nieuwstaat. Indien blijkt dat de batterij geen tweede leven beschoren is, kan deze worden gerecycleerd. Overigens is het mogelijk om meer batterijen te gebruiken in dit circulaire energieopslagsysteem, om zo alsnog een batterij te leveren met een even grote capaciteit als een nieuwe.

Het belang van recyclage

Jazeker, de recyclage van HV-batterijen is al mogelijk. Sterker nog, de recyclage is een wettelijke verplichting voor Europese voertuigfabrikanten, die in het kader van de Extensive Producer Responsibility verantwoordelijk zijn voor hun producten vanaf het moment dat ze op de markt worden gebracht tot aan het einde van hun levensduur.

Recyclage van HV-batterijen is een wettelijke verplichting voor Europese voertuigfabrikanten

Afgedankte HV-batterijen bevatten namelijk heel wat waardevolle en bruikbare grondstoffen, zoals kobalt, nikkel, mangaan en lithium. Dit zijn niet-hernieuwbare grondstoffen van minerale oorsprong waarvan de voorraden in de aardkorst eindig zijn en waarvoor we sterk afhankelijk zijn van ontginning in landen buiten Europa, zoals China.

Voertuigproducenten en -invoerders in België zien een afgedankte HV-batterij dan ook als een bron van grondstoffen en zamelen de batterijen netjes in. Recycleren wordt alleen nog maar belangrijker, want een nieuwe Europese batterijverordening, die in februari 2024 van kracht ging, verplicht batterijproducenten om tegen 2031 batterijen te ontwikkelen die 16% gerecycleerd kobalt bevatten en 6% gerecycleerd lithium en nikkel. Tegen 2036 moet dit respectievelijk al opgetrokken zijn tot 26% kobalt, 12% lithium en 15% nikkel.

Feiten & cijfers

In België houden bedrijven zoals Octave, Watt4Ever en Revolta zich bezig met het hergebruik van HV-batterijen. Die laatste twee bedrijven nemen bovendien deel aan Solmate: een Europees project om (onderzoek naar) het hergebruik van batterijen te stimuleren. Dit internationale project, waar ook bedrijven en instellingen uit Spanje, Duitsland, Frankrijk en Italië aan deelnemen, wordt geleid door de Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek (VITO). 

De recyclage van HV-batterijen wordt in België georganiseerd door Febelauto. Naast de inzameling, verwerking en recyclage van afgedankte voertuigen, werd Febelauto in 2015 door de invoerders ook aangesteld als beheerorganisatie voor deze batterijen. In 2023 zamelde Febelauto 10% meer in dan het jaar ervoor. Door het groeiend aantal geëlektrificeerde voertuigen dat op de markt gebracht wordt, neemt dit aantal in de toekomst naar verwachting exponentieel toe. 

België als voorbeeldland
In 2023 zamelde Febelauto in België 5.714 HV-batterijen in. 85% van de opgehaalde batterijen werd verwerkt (hergebruik, herfabricage, herbestemming of recyclage), de resterende 15% werd tijdelijk gestockeerd in afwachting van het afvoeren van een economisch verantwoorde hoeveelheid voor verwerking of het verkrijgen van een verwerkingsslot. Ongeveer 50% van die HV-batterijen werd hergebruikt, de overige 50% ging naar recyclage voor de recuperatie van de grondstoffen. Zo gaat niets verloren. Met deze cijfers behoort België overigens tot de Europese top.

Transport en opslag

Li-ionbatterijen zijn gevaarlijke producten en moeten via de ADR-regelgeving worden getransporteerd. Boven de 333 kg moeten oranje platen met de code '3480' worden aangebracht op de vrachtwagen. Bij HV-batterijen is dit gewicht snel bereikt. Bij ADR-transport is gediplomeerd personeel vereist.

Li-ionbatterijen kunnen brand veroorzaken bij het thermisch op hol slaan van accu’s, de zogenoemde 'Thermal Runaway'. Dit wordt veroorzaakt door een interne kortsluiting. Door de grote hoeveelheid energie die is opgeslagen in de lithiumcellen, is er sprake van een hoog brandrisico.

Afgedankte batterijen worden zodanig opgeslagen dat de aanwezigheid van geleidende of brandbare stoffen tot een minimum wordt beperkt en ze zijn beschermd tegen blootstelling aan water, overmatige hitte en het risico op breken of andere fysieke schade.

Dat kan door de veilige ASP-containers, die speciaal ontworpen zijn voor de opslag en het transport van lithiumbatterijen. De speciale maatregelen, die afgestemd zijn op de activiteit, worden het best in overleg met de brandweer of een onafhankelijke expert opgesteld. 

Het hergebruikproces

In de eerste plaats wordt de batterij ontmanteld. Daarna testen bedrijven de modules uitgebreid door ze te ontladen en weer te herladen, om zo via de juiste algoritmes de State of Health te kunnen registeren. Vervolgens worden de modules al dan niet hergebruikt en weer gemonteerd in een nieuwe kast of container met een heleboel nieuwe software. Elke module wordt namelijk verbonden met een nieuw batterijmanagementsysteem. 

In de Batterijverordening staat dat het batterijmanagementsysteem gereset moet kunnen worden om nieuwe software in te laden. Dit lijkt echter quasi onmogelijk zonder de oorspronkelijke ontwikkelaar. De nieuwe regelgeving creëert echter wel het bewustzijn waardoor autofabrikanten hun batterijmanagementsysteem ook al op een tweede leven gaan voorzien. 

Het recyclageproces

Indien hergebruik niet van toepassing is, zal de batterij gerecycleerd worden. Het recyclageproces is onder meer afhankelijk van het type batterij, waarbij de chemische en technische samenstelling een belangrijke rol spelen. Alle HV-batterijen zijn Li-ionbatterijen. Veel voorkomende Li-ionbatterijen zijn te verdelen in twee families: NMC- (nikkel, mangaan en kobalt) en LFP-batterijen (lithium, ijzer en fosfaat). 

Het recyclageproces is onder meer afhankelijk van het type batterij, waarbij de chemische en technische samenstelling een belangrijke rol spelen

Sommige batterijen zijn eenvoudig demonteerbaar tot op celniveau, bij andere zijn alle cellen in de batterij aan elkaar gekleefd. Zo hebben de meeste lithiumionbatterijen die vandaag op de markt komen veel minder kobalt dan vroeger, of zelfs helemaal geen kobaltaandeel. Voor een recyclagebedrijf bepalen de exacte inhoud en de potentiële waarde ook in grote mate de prijs die het zal vragen aan de aanbieder van de batterijen die moeten worden gerecycleerd.

Het recyclageproces verschilt enigszins van bedrijf tot bedrijf, maar in algemene zin zijn er vier stappen te onderscheiden:

• Het ontmantelen (eventueel met voorafgaand ontladen) van de batterij, waarbij men de cellen eruit haalt.
• De mechanische behandeling van de cellen. Hierbij worden de cellen vermalen en de inhoud mechanisch gesplitst in de volgende fracties: ijzer, aluminium- en koperfolie en black mass. Dat laatste bestaat onder meer uit lithium, kobalt, nikkel en mangaan.
• De pyrometallurgie van de black mass in een oven op hoge temperatuur. Alle organische stoffen (elektrolyten, bindmiddelen, plastics …) worden hierbij verbrand.
• Hydrometallurgische verwerking, waarbij men met chemische reagentia selectief waardevolle metalen extraheert in de vorm van metaalzouten (lithiumcarbonaat, nikkelsulfaat …). Tot slot dient men dan nog verder te zuiveren tot grondstoffen met 'batterijkwaliteit'.

Onderzoekers zijn voortdurend op zoek naar nieuwe soorten batterijen. De nieuwe batterijen worden veiliger en efficiënter en bevatten zo weinig mogelijk zeldzame grondstoffen. De recyclagetechnologie moet hierdoor uiteraard ook voortdurend aangepast worden.

Bekijk hier de richtlijnen die zijn opgesteld door Febelauto.

Nieuwe ontwikkelingen

Er zijn verschillende ontwikkelingen en nieuwigheden. Zo komen er steeds meer nieuwe batterijen met andere chemische samenstellingen op de markt. Bedrijven die zich bezighouden met het hergebruik en de recyclage van batterijen passen hun technologie aan om die nieuwe batterijsoorten te kunnen bewerken.

Zoals al eerder genoemd, zijn er diverse Europese onderzoeksprojecten over de verbetering van hergebruik- en recyclageprocessen. Een daarvan is ReUse, dat onder meer de mogelijkheid van 'directe recyclage' onderzoekt. Hierbij wordt het batterijmateriaal enkel 'schoongemaakt' zonder verdere bewerkingen uit te voeren, waarna het materiaal opnieuw gebruikt kan worden in batterijen.

Nieuwe EU-normen

De Europese Commissie werkt aan nieuwe normen over de prestaties, duurzaamheid en veiligheid van batterijen. Een van deze normen, die volgens planning over twee jaar klaar moeten zijn, gaat over de vraag hoe HV-batterijen tot een veilige stationaire opslag kunnen worden omgezet. 

Ook voor het meten van de kwaliteit van de batterijen worden nog nieuwe Europese normen uitgewerkt. Momenteel werkt men aan de ontwikkeling van een nieuw soort meettoestel: de module-impedantiemeter. Dit meettoestel maakt het mogelijk om van elke cel in de batterij een soort elektrocardiogram te maken waarmee kan worden geanalyseerd of alle cellen nog identiek zijn. Als er sprake is van afwijkende cellen is de module niet meer bruikbaar.

Met medewerking van Bebat, Febelauto, VITO/EnergyVille en Watt4Ever