Groen Nikkel: De drijvende kracht achter de schone energietoekomst

De wereld ondergaat momenteel een groene energietransitie en batterijen spelen een sleutelrol in deze reis. Als cruciale componenten in diverse moderne technologieën leveren oplaadbare batterijen energie aan alles, van smartphones en laptops tot elektrische voertuigen (EV’s) en opslagsystemen voor energie.

Onder de batterijtypes zijn lithium‑ionbatterijen de populairste en meest gebruikte. Een belangrijk bestanddeel van deze batterijen is nikkel (Ni), het vijfde meest voorkomende element op onze planeet.

Het wordt niet alleen overvloedig aangetroffen in de aardkorst en -kern, maar is ook een veelvoorkomend element in meteorieten, samen met ijzer. Nikkel komt van nature voor in bodem en water en is een essentiële voedingsstof voor planten.

Nikkel heeft vele uitstekende fysische en chemische eigenschappen, waardoor het onmisbaar is in honderdduizenden producten. Deze omvatten een hoog smeltpunt van 1453 °C, weerstand tegen corrosie en oxidatie, hoge vervormbaarheid, recyclebaarheid en magnetische eigenschappen bij kamertemperatuur.

Het vormt ook gemakkelijk legeringen, vooral met chroom en andere metalen, om roestvrij en hittebestendig staal te produceren.

Gebruikt in 1,97 miljoen ton roestvrij staal en 210 kiloton non‑ferroalegen elk jaar, is nikkel een zeer strategisch en moeilijk te vervangen element geworden. Deze toepassingen verbeteren respectievelijk de productlevensduur en de motorrendement, waardoor ze bijdragen aan duurzaamheid.

Hoewel roestvrij staal het grootste deel (65 %) van het nikkelgebruik uitmaakt, zijn batterijen de op één na grootste toepassing met 16 %.

Nikkel wordt in batterijen gebruikt om een hogere energiedichtheid en grotere opslagcapaciteit tegen lagere kosten te leveren. Met de groeiende productie en adoptie van elektrische voertuigen en de toenemende noodzaak van opslagsystemen om vraag en aanbod van energie in balans te houden, stijgt de vraag naar nikkel.

Cijfermatig gezien wordt 70 % van de huidige wereldwijde jaarlijkse nikkelproductie, of 3 miljoen ton, naar de roestvrijstalen sector geleid, terwijl tegen 2040 nog eens 3 miljoen ton Ni nodig zal zijn voor alleen batterijproductie. Deze extra Ni zal worden aangewreven door de decarbonisatie van de transportsector via het gebruik van Ni‑gebaseerde batterij‑elektroden in EV’s.

Als gevolg hiervan zal de wereldwijde vraag naar nikkel verdubbelen tot 6 miljoen ton per jaar.

Nikkelafzettingen rijk aan hoeveelheid, complex in kwaliteit

Als een relatief overvloedig metaal wordt nikkel overal in het milieu aangetroffen. Echter, alleen in sporen. Altijd aanwezig in de bodem, kan een hogere concentratie nikkel worden gevonden in verschillende minerale ertsen, waaronder oxiden, sulfiden en silikaten.

Wereldwijd worden nikkelreserves geschat op ongeveer 350 miljoen ton, met belangrijke nikkelafzettingen in Australië, Indonesië, Zuid‑Afrika, Rusland en Canada. Deze vijf landen bezitten samen meer dan 50 % van de wereldwijde nikkelreserves.

Hoewel bijna 80 % van het gedolven nikkel in de afgelopen dertig jaar is gewonnen, zijn de reserves van het element nog steeds gegroeid. Dit komt door toegenomen exploratie door mijnbouwbedrijven, betere kennis van nieuwe afzettingen in afgelegen gebieden en verbeterde technologieën die het mogelijk maken meer nikkel te verwerken, met name lagerwaardige nikkelertsen.

Wat de nikkelproductie betreft, hangt 60 % af van hoogwaardig sulfide‑ertsen met 1,5–4 wt % Ni‑gehalte. De rest wordt geleverd door lage‑kwaliteit ertsvormen zoals laterieten, die een gemiddeld Ni‑gehalte van 1,5 wt % hebben. Deze worden verder onderverdeeld in twee varianten: saproliet en limoniet.

Interessant genoeg zijn nikkelreserves op het land omgekeerd verdeeld, wat betekent dat 60 % van het totale Ni in de natuur wordt aangetroffen in laterieten. Slechts 40 % van Ni wordt gevonden in sulfide‑ertsen, waar het voornamelijk voorkomt in de vorm van discrete binaire en tertiaire nikkelrijke mineralen zoals NiS, Ni2FeS4 en (Co,Ni)3S4.

Wat sulfide‑mineralen een voorkeursoptie maakt, is hun chemische eenvoud. Dit maakt een efficiënte scheiding van gangue (commercieel waardeloos materiaal dat de gewenste minerale omringt of nauw gemengd is) onzuiverheden van nikkelhoudende verbindingen mogelijk met traditionele methoden zoals schuimflotatie.

Natuurlijk is het probleem dat Ni‑sulfide reserves eindig en afnemend zijn, waardoor ze de snelgroeiende wereldwijde nikkelvraag niet kunnen bijbenen. Dit creëert een behoefte om nikkel duurzaam te produceren uit lagerwaardige maar overvloedige laterieten.

In deze afzettingen wordt nikkel niet aangetroffen als discrete mineralen; in plaats daarvan is het opgelost in complexe magnesiumsilicaten of ijzeroxiden. Dit omvat magnesium (Mg)-silicaten (namelijk saprolieten) zoals (Mg,Fe,Ni)3Si2O5(OH)4 en (Mg,Fe,Ni)3Si4O10(OH)2·4H2O. Het vervangt ook gedeeltelijk ijzer (Fe) in limoniet, zoals goethiet (Fe,Ni)OOH.

De complexiteit van lagerwaardige nikkelertsen, zowel qua chemicaliën als mineralen, beperkt de efficiënte en duurzame winning van nikkel voor downstream groene technologieën.

Om dit fundamentele probleem te overwinnen, hebben onderzoekers van het Max Planck Institute for Sustainable Materials (MPI‑SusMat) een nieuwe techniek ontwikkeld, die koolstofvrij en energiebesparend is, om nikkel te winnen voor roestvrij staal, batterijen en magneten.

Milieukosten van conventionele nikkelproductie

Hoewel nikkel een cruciale rol speelt in de batterijproductie, is de productie van dit element niet echt milieuvriendelijk, zoals bij de meeste metaalwinning en -verwerking.

In het geval van nikkel omvat de negatieve impact op het milieu luchtvervuiling, watervervuiling, bodemerosie, landdegradatie, ontbossing, giftig afval, verlies van biodiversiteit en meer. Nikkelproductie is bovendien een energie‑intensief proces, dat bijdraagt aan de uitstoot van broeikasgassen (BKG).

Conventionele nikkelproductie stoot feitelijk ongeveer 20 ton CO2 uit per ton nikkel. In 2019 was nikkelwinning verantwoordelijk voor ongeveer 120 miljoen metrische ton CO2‑equivalent (CO2e) wereldwijd.

Volgens de studie van MPI‑SusMat bedraagt de totale ecologische voetafdruk van de industrie ongeveer 20‑27 ton CO2e per ton nikkel, wat meer dan 10 keer zo hoog is als die van staal, namelijk 2,3 ton CO2e per ton. Dus is nikkel een zeer milieuschadelijk metaal om te delven.

CO2‑emissies zijn de belangrijkste drijfveer van klimaatverandering, en als de nikkelproductie‑industrie dit wil bestrijden en klimaatneutraal wil worden, moeten de koolstofemissies drastisch worden verminderd.

Interessant genoeg omvatten de wereldwijde inspanningen om koolstofemissies te verminderen de elektrificatietrend, waarbij het gebruik van fossiele brandstoffen wordt vervangen door elektriciteit. Deze verschuiving is echter sterk afhankelijk van nikkel, wat de impact van de initiatieven aanzienlijk vermindert en zorgen oproept over het overdragen van de milieubelasting naar de metallurgie. Volgens de eerste auteur van de studie, Ubaid Manzoor, een PhD‑onderzoeker bij MPI‑SusMat:

“Als we nikkel blijven produceren op de conventionele manier en het gebruiken voor elektrificatie, verschuiven we alleen het probleem in plaats van het op te lossen.”

Dus, met hun nieuwe manier om nikkel te produceren, bieden onderzoekers een duurzame route om het metaal uit ertsen te halen waarbij waterstofplasma koolstof vervangt, waardoor het proces CO2‑vrij wordt, wat ook energie en tijd bespaart. Opmerkelijk is dat het gebruikmaakt van lagerwaardige nikkelertsen, die vanwege hun complexiteit over het hoofd zijn gezien.

Momenteel wordt de industriële verwerking van dergelijke ertsen, namelijk Ni‑lateriet, bepaald door de kristallografische structuur van Ni‑dragende fasen en het Ni‑ en Fe‑gehalte in het erts.

Limonietertsen met hun lage Ni‑ en MgO‑gehalte (<4 wt% Mg) worden meestal verwerkt via high‑pressure acid leaching (HPAL) om Ni en kobalt (Co) terug te winnen, indien aanwezig. De energiebehoefte hiervoor is enorm, variërend tussen 230‑570 GJ per ton Ni, wat aanzienlijk hoger is dan de 22 GJ per ton die nodig is voor staal.

Tegen deze zorgwekkende achtergrond belooft de aanpak van de studie een veelbelovende afwijking van conventionele industriële technieken. Door koolstof (C) en zwavel (S) gebaseerde reductiemiddelen te vervangen door waterstof, minimaliseert de studie directe CO2‑ en zwaveldioxide (SO2)‑emissies.

Het omzeilt ook het gebruik van schadelijke zuren zoals zwavelzuur (H2SO4) in HPAL en elimineert de noodzaak voor kostbare voor‑ en nabewerkingen.

Een één‑stap waterstof‑aangedreven nikkelverwerkingsrevolutie

Het onderzoek, gesteund door de Advanced Grant van de European Research Council, is gepubliceerd in het tijdschrift Nature. Het beschrijft het nieuwe proces voor nikkelwinning¹.

Hun volledig andere aanpak is een smelt‑reductieproces van een volledige gedroogde erts‑lading in één metallurgische stap met behulp van waterstofplasma.

Dit proces integreert calcination, smelten en raffinage in één stap. Al deze operaties vinden gelijktijdig plaats in één oven. Dit stelde het team in staat om direct hoogwaardig ferronikkel, een metallisch materiaal bestaande uit ijzer en nikkel en gebruikt als legeringsmiddel, uit de gedroogde erts‑lading te winnen in één stap.

Met ‘enkele stap’ verwijzen de onderzoekers naar de productie van geraffineerd ferronikkel uit gedroogde ertsvoeding in één metallurgisch proces, in tegenstelling tot de RKEF‑route. RKEF, of Rotary Kiln‑Electric Furnace, is een methode om ferronikkel te produceren uit lateriet‑nikkelertsen. Het omvat drie fasen: calcination van het gedroogde erts, vervolgens smelten in een elektrische boogoven (EAF), en ten slotte raffinage om onzuiverheden tot aanvaardbare niveaus te reduceren.

In tegenstelling hiermee omvat het Hydrogen Plasma Smelting Reduction (HPSR) proces dit alles in één stap.

Met hun aanpak produceerden de onderzoekers hoogwaardig, geraffineerde ferronikkel‑legeringen met snelle reductiekinetiek. Het legering bevat minimale onzuiverheden dankzij thermodynamische controle van de atmosfeer van de oven, waardoor het selectief nikkel kon reduceren. Het hebben van silicium (Si) onder 0,08 wt %, calcium (Ca) onder 0,09 wt % en fosfor (P) bijna 0,00 wt % maakte verdere raffinage mogelijk.

“Door waterstofplasma te gebruiken en de thermodynamische processen binnen de elektrische boogoven te beheersen, kunnen we de complexe structuur van de mineralen in lagerwaardige nikkelertsen afbreken tot eenvoudigere ionische soorten – zelfs zonder katalysatoren.”

– Correspondent auteur Professor Isnaldi Souza Filho, hoofd van de groep “Sustainable Synthesis of Materials” bij MPI‑SusMat

Volledig operationeel op hernieuwbare energie, vervangt het gepresenteerde nieuwe proces koolstof‑gebaseerde brandstoffen en reductiemiddelen door hernieuwbare elektriciteit en waterstof. Op deze manier biedt het tot 18 % energiebesparing en maar liefst 84 % reductie van CO2‑emissies.

Experimenteel bewijs uit de studie ondersteunt één‑stap HPSR als een duurzame alternatieve voor metaalproductie uit zowel oxiden als silikaten, waardoor de grondstofopties worden uitgebreid naar goedkope, lagerwaardige mineralen.

Over het geheel heen maakt deze duurzame aanpak het mogelijk nikkel gunstig te gebruiken in duurzame energietechnologieën, terwijl de milieuschade veroorzaakt door de productie ervan wordt gemitigeerd. Hetzelfde proces kan ook worden toegepast op een ander belangrijk batterij‑element, kobalt.

Opmerkelijk is dat opschaling van het proces voor industriële toepassingen mogelijk is, wat de volgende stap voor het team is. Dit zal vereisen dat korte booglassen met hoge stromen worden geïmplementeerd, gasinjectie wordt toegepast, of een extern elektromagnetisch roerapparaat onder de oven wordt geïntegreerd. Dit zorgt ervoor dat het niet‑gereduceerde smelt continu het reactieve interface bereikt, aangezien alleen hier de reductie van nikkelertsen tot eenvoudigere ionische soorten plaatsvindt.

Dit kan worden gedaan via goed gevestigde industriële methoden, waardoor de nieuwe methode kan worden geïntegreerd in bestaande processen.

Investeren in groen nikkel

Tesla (TSLA ) is een van de belangrijkste namen die de drang naar schonere nikkelvoorziening aanstuurt. Met elektrische voertuigen die sterk afhankelijk zijn van nikkelrijke batterijen, begon het bedrijf de levering veilig te stellen bij producenten die zich richten op lagere emissies en betere mijnbouwnormen, zoals de BHP‑operaties (BHP ) in Australië.

En wanneer Tesla groenere nikkel kiest, beïnvloedt het hoe de rest van de industrie over sourcing denkt, waardoor het zo’n centrale rol in dit domein speelt.

Tesla (TSLA ) 

Tijdens de Q2‑2020 winstrapportage van het bedrijf drong Musk er bij mijnwerkers op aan te investeren in “milieuvriendelijke nikkelwinning op grote schaal” ter voorbereiding op de toename van EV‑productie in de komende jaren.

In 2022 sloot het een overeenkomst met het metaalbedrijf Talon (TSX:TLO) om nikkel te leveren uit zijn hoogwaardig Tamarack‑project in Minnesota. De samenwerking is “voor de verantwoorde productie van batterijomaterialen direct van de mijn tot de batterij‑kathode,” zei Talon‑CEO Henri van Rooyen destijds, en merkte op dat het bedrijf de “laagste ingebedde CO2‑voetafdruk in de industrie” heeft.

Ondertussen prees Tesla Talon’s innovatieve aanpak van de ontdekking, ontwikkeling en productie van batterijomaterialen, die onder meer het permanent opslaan van koolstof en het verkennen van nieuwe materiaalextracties omvat.

Datzelfde jaar tekende Tesla ook een langetermijncontract met Vale om low‑carbon nikkel te leveren uit haar Canadese activiteiten.

Al vóór deze samenwerkingen werkte Tesla samen met de Australië‑gebaseerde BHP Group met een marktkapitalisatie van $127,7 mrd, die betrokken is bij low‑carbon nikkelproductie voor EV’s, om de veerkracht van de batterijketen te verbeteren en de koolstofemissies te verminderen.

Eind vorig jaar begon BHP met de bouw van off‑grid mijnbouw‑zonne‑ en batterij‑energiesystemen om haar Nickel West Mount Kit‑ en Leinster‑operatie van stroom te voorzien, die het element aan Tesla zal leveren.

Het project is “BHP’s eerste off‑grid grootschalige hernieuwbare energieproject over onze wereldwijde operaties en zal naar schatting tot 23.000 verbrandingsmotorauto’s per jaar van de weg halen, ter ondersteuning van onze doelstellingen voor de vermindering van broeikasgassen,” zei BHP Nickel West Asset President Jessica Farrell.

Wat betreft de marktprestaties van Tesla, worden de aandelen momenteel verhandeld tegen $340,20, nog steeds bijna 14 % lager dit jaar tot nu toe, na een herstel van de $217,80 die vorige maand werd bereikt. Dit herstel heeft TSLA‑aandelen nu langzaam op weg naar de bijna $484 all‑time high (ATH) die in december 2024 werd bereikt.

Nu is de marktkapitalisatie van Tesla eindelijk boven $1 biljoen ($1,2 biljoen precies), terwijl de EPS (TTM) 1,82 is en de P/E (TTM) 191,36.

Ondertussen tonen de financiële resultaten voor het eerste kwartaal van 2025 een daling van 9 % in de omzet ten opzichte van een jaar eerder tot $21,3 miljard. Een forse daling van 20 % werd geregistreerd in de autoverkoop tot $14 miljard, terwijl de omzet uit credits met 37,7 % steeg tot $595 miljoen, en de omzet uit energieopwekking en -opslag een sterke stijging van 67 % liet zien tot $2,73 miljard.

Bovendien werd een daling gezien in de nettowinst tot $409 miljoen, of 12 cent per aandeel, terwijl de operationele winst daalde tot $400 miljoen, wat resulteerde in een operationele marge van 2,1 %.

Naast verkoopprikkels en lagere gemiddelde verkoopprijzen, is de daling toegeschreven aan de noodzaak om productielijnen in haar fabrieken bij te werken om vernieuwde versies van de Model Y‑SUV te gaan produceren.

In deze periode produceerde Tesla net iets meer dan 362.000 voertuigen en leverde iets meer dan 336.000 voertuigen. “Hoewel de omschakeling van Model Y‑lijnen over al onze vier fabrieken leidde tot het verlies van enkele weken productie in Q1, verloopt de opschaling van de nieuwe Model Y goed,” merkte het bedrijf op in haar persbericht.

Tesla zette ook 10,4 GWh aan energieopslagproducten in Q1 2025 in. Het bedrijf merkte op dat de groei van AI‑infrastructuur een “buitengewone kans” creëert voor dit segment om het net te stabiliseren.

In haar aandeelhouderspresentatie waarschuwde de autofabrikant investeerders voor “onzekerheid” op de markten door snel evoluerend handelsbeleid dat nadelige gevolgen heeft voor kusten en de toeleveringsketen. De “dynamische” en “veranderende politieke stemming” wordt door Tesla verwacht een impact te hebben op de vraag naar haar producten op korte termijn.

Midden in dit alles wordt Tesla geconfronteerd met concurrentie van goedkopere Chinese concurrenten op de EV‑markt en van Alphabet’s (GOOG ) Waymo in de robotaxi‑sector.

Conclusie

Nikkel is een fundament van de schone energietransitie, maar de traditionele winningmethoden schaden het milieu en ondermijnen de doelen die het helpt te bereiken.

Tegen deze achtergrond bieden innovaties zoals waterstofplasma‑smelten een veelbelovende route om de nikkelproductie te decarboniseren. Deze groene nikkelproductiebenadering van MPI‑SusMat opent tevens de deur naar een duurzamere elektrificatie van de transportsector. Bovendien kan de nikkellegering die uit lagerwaardige ertsen wordt gecreëerd direct worden gebruikt in de productie van roestvrij staal, en na verdere verfijning als elektrodemateriaal in batterijen. Zelfs het afval (slag) dat tijdens het proces wordt geproduceerd, kan een waardevolle grondstof voor de bouwsector bieden.

Dus, het nieuwe, duurzame nikkelproductieproces biedt aanzienlijk potentieel voor opschaling en vooruitgang van EV’s en netopslag, en belooft een groenere toekomst!

Klik hier voor een lijst van top batterij‑metalen en aandelen in hernieuwbare‑energie‑mijnbouw.

Gerefereerde studies:

1. Manzoor, U., Mujica Roncery, L., Raabe, D., & Souza Filho, I. R. (2025). Duurzaam nikkel mogelijk gemaakt door waterstof‑gebaseerde reductie. Nature, 641(8062), 365–373. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08901-7