Het stroomlijnen van het recyclingproces voor kritieke metalen kan tekorten en milieubelastingen verlichten

Belang van metaalrecycling

Minerale hulpbronnen zijn van nature beperkt, en hun winning is energie‑intensief en milieuschadelijk. De mijnbouwindustrie is een grote consument van zoet water, een uitstoter van broeikasgassen, en veroorzaakt ontbossing en vervuiling die decennialang, zo niet eeuwenlang, kan aanhouden.

In theorie zouden metalen de meest recyclebare materialen moeten zijn, omdat ze uit zuivere elementen bestaan, in tegenstelling tot complexe organische moleculen zoals kunststoffen.

In de praktijk is dit verre van waar, omdat metaalrecycling vaak onvolmaakt of te energie‑intensief is. Dit geldt met name voor elektronische componenten, waarbij op atomair niveau complexe mengsels van exotische elementen zoals zeldzame metalen, cadmium, titanium, wolfraam, enz. worden gemengd.

Dus daarom is het groot nieuws dat onderzoekers van Rice University (VS) en Tsinghua University (China) een geheel nieuwe manier hebben ontwikkeld om metalen te recyclen met behulp van intense elektrische stromen. Hun resultaten werden gepubliceerd in Nature Chemical Engineering op 25 september^th 2024 onder de titel “Flitsseparatie van metalen door elektrothermische chlorering”.

Methoden voor metaalrecycling

Huidige metaalrecycling

Momenteel is metaalrecycling grotendeels afhankelijk van vloeibare hydrometallurgie, ofwel het oplossen van metalen in vloeibaar of alkalisch water. Deze techniek vereist echter aanzienlijke hoeveelheden water en chemicaliën, met problematische secundaire afvalstromen.

Bron: MEAB

Een andere optie is pyrometallurgie, die in wezen alle gemengde metalen smelt en ze vervolgens opnieuw zuivert op basis van hun fysieke eigenschappen (smeltpunt, enz.). Het probleem is dat deze methode weinig selectiviteit heeft, waardoor het resultaat vaak nog een mengsel van verschillende metalen is. Daarnaast vereist het aanzienlijke energie‑invoer, wat het milieuprofiel verlaagt.

Flash Joule-verwarming (FJH)

Flash Joule-verwarming is een methode waarmee de onderzoeksteamleider, James M. Tour, eerder ervaring heeft opgedaan voor de synthese van grafeen en afvalverwerking.

Bron: India Education Diary

FJH bestaat uit het door een materiaal laten lopen van een elektrische stroom om het snel tot extreem hoge temperaturen te verwarmen. De snelheid van het verwarmingsproces transformeert het materiaal in verschillende stoffen.

Ze ontdekten dat de methode kan worden toegepast op metaaluittrekking. En het lijkt dat deze breed toepasbaar is op diverse elektronische afvalstromen. Met name is bewezen dat de methode in staat is te scheiden:

• Tantaal uit condensatoren.
• Gallium uit LED’s.
• Indium uit gebruikte zonnecellen.

De methode behaalde deze resultaten zonder water, zuur of andere oplosmiddelen te gebruiken, waardoor de resulterende vervuiling drastisch werd verminderd. Niet alleen werkt dit op veel metalen, maar het bereikt ook een zuiverheid van 95 % voor het eindproduct door de reactietoestanden nauwkeurig te regelen. In totaal was de opbrengst een zeer bevredigende 85 %.

Dus zelfs als niet al het metaal wordt teruggewonnen, kan deze methode het deel van het afval dat met hydro‑ of pyrometallurgie moet worden verwerkt drastisch verminderen.

Toekomstige FJH-perspectieven

Universele elektronische recycling

Deze methode werd hier bestudeerd voor het recyclen van slechts enkele soorten elektronisch afval. Er is meer onderzoek nodig om de methode te beoordelen voor andere soorten elektronica die dringend behoefte hebben aan efficiëntere en milieuvriendelijkere oplossingen, zoals bijvoorbeeld batterijen.

“We proberen deze methode aan te passen voor het terugwinnen van andere kritieke metalen uit afvalstromen.”
Dr. Bing Deng – Assistent‑professor aan de Tsinghua University en mede‑eerste auteur van de studie.

Het is ook waarschijnlijk dat de methode verder verfijnd kan worden, bijvoorbeeld door deze te testen in combinatie met een kleinere hoeveelheid zuur om manieren te vinden de totale opbrengst te verhogen.

“Deze doorbraak pakt het dringende probleem van tekorten aan kritieke metalen en negatieve milieu‑impact aan, terwijl het economisch recyclingindustrieën wereldwijd stimuleert met een efficiënter terugwinningsproces,”
Dr. Shichen Xu – Postdoctoraal onderzoeker bij Rice / mede‑eerste auteur van de studie.

Minerale winning

Conceptueel is er zeer weinig verschil tussen metaalrecycling en minerale winning uit natuurlijk erts. In beide gevallen is het metaal ingebed met andere elementen en moet het krachtig worden gescheiden om gezuiverd en bruikbaar te worden voor de industrieën die het nodig hebben.

Ook in de mijnbouw wordt raffinage vaak bereikt door het gebruik van water + zuren, of extreme hitte, beide op enorme schaal. Dit is een belangrijk onderdeel van wat mijnbouw zo controversieel en milieuschadelijk maakt.

Dus de methode zou volgens Dr. Shichen Xu ook veelbelovend kunnen zijn voor de winning van lithium en zeldzame aardmetalen.

Investeren in metaalrecycling

Hoewel sommige metalen zoals staal en aluminium goed worden gerecycled, blijven andere, complexere materialen zoals elektronisch afval grotendeels ongerecycled of worden ze verwerkt onder onhygiënische en vervuilende omstandigheden in arme landen.

Ondertussen worden EV’s, zonnepanelen, batterijen, warmtepompen en kleine elektronische apparaten in steeds grotere hoeveelheden geproduceerd, waardoor de voorraad materiaal die in slechts enkele jaren moet worden gerecycled, toeneemt.

U kunt investeren in recyclingbedrijven via vele brokers, en u kunt hier, op securities.io, onze aanbevelingen vinden voor de beste brokers in de VS, Canada, Australië, het VK, en vele andere landen.

Als u niet geïnteresseerd bent in het kiezen van specifieke bedrijven, kunt u ook kijken naar ETF’s zoals de Mast Global Battery Recycling & Production ETF (EV), de VanEck Circular Economy UCITS ETF (REUS), of de WisdomTree Recycling Decarbonisation UCITS ETF – USD Acc (WRCY) (WT )  die een meer gediversifieerde blootstelling bieden om te profiteren van de recyclingindustrie.

Metaalrecyclingbedrijven

1. Li-Cycle Holdings Corp 

Van alle soorten elektronisch afval kunnen batterijen het meest problematisch zijn.

Dit komt doordat ze niet alleen extreem complexe apparaten zijn die veel verschillende vervuilende metalen bevatten, maar ook omdat ze altijd een potentieel veiligheidsrisico vormen door het risico op brand of explosie van opgeladen batterijen. Dus hoewel batterijen onder normale omstandigheden meestal veilig zijn, leidt het versnipperen of smelten voor recycling duidelijk tot het creëren van zo’n gevaar.

En het volume batterijen dat gerecycled moet worden, zal in Noord‑America alleen al tegen 2030 zes keer zo groot worden.

Bron: Li‑Cycle

Een cruciaal verkoopargument van Li‑Cycle is dat hun methode volledig opgeladen batterijpakketten kan verwerken, zonder dat ze gedemonteerd of ontladen hoeven te worden.

Dit is ook een “battery‑form‑agnostisch” proces, wat betekent dat het kan werken met elk type lithium‑ionbatterij, ongeacht de fabrikant of de staat van de batterij. Aangezien de industrie nog ver verwijderd is van een geconsolideerd ontwerp en innovatie zeer snel plaatsvindt, is het cruciaal voor een recycler om op de lange termijn efficiënt te kunnen blijven werken.

Over het geheel genomen behaalt het bedrijf een terugwinningspercentage van 95 % en kan het hoogwaardige materialen produceren, zoals lithiumcarbonaat van batterij‑kwaliteit, uit de gebruikte batterijen.

Bron: Li‑Cycle

In 2023 en begin 2024 liep het bedrijf tegen een obstakel aan door enorme kostenoverschrijdingen bij de bouw van een belangrijke verwerkingsfaciliteit in Rochester, NY. Dit gebeurde na een zeer snelle uitbreiding met faciliteiten gebouwd in Noord‑America, Europa en Azië.

Als het voltooid is en op volle snelheid draait, zou de Rochester Hub tot 35.000 ton zogenaamde black mass (in wezen geplette batterijen) per jaar kunnen verwerken.

Dit zou een enorme sprong zijn ten opzichte van de enige 1.394 ton black mass die in Q2 2024 werd geproduceerd.

Bron: Li‑Cycle

Om voldoende geld te verkrijgen om Rochester af te ronden, verworven Li‑Cycle in maart 2024 een investering van $75 miljoen van mijnbouwgigant Glencore. Het bedrijf zoekt ook een lening van $375 miljoen van de Amerikaanse overheid als onderdeel van de stimulering van groene beleidsmaatregelen en re‑industrialisatie in het kader van de Amerikaanse IRA en de Bipartisan Infrastructure Law.

Het DoE‑leningsproces is nu behoorlijk gevorderd, met stap 5 van in totaal 6 bereikt. Verwacht wordt dat de bouw in Rochester opnieuw van start gaat als de lening wordt goedgekeurd.

Bron: Li‑Cycle

Een andere tegenwind voor het bedrijf zijn de lage materiaalprijzen, die de hele toeleveringsketen hebben geraakt, inclusief lithiummijnwerkers. Als reactie heeft het bedrijf het personeelsbestand verminderd en kosten waar mogelijk verlaagd.

Als Rochester Hub succesvol is, streeft het bedrijf ernaar drie extra derde‑generatie hubs (Rochester is tweede generatie) te bouwen in Alabama, Arizona en Duitsland.

Bron: Li‑Cycle

2. Enviri

Voorheen bekend als Harsco, is het bedrijf een gigant in afvalrecycling, met een focus op industrieel en mijnbouwafval, inclusief metalen (40 % van de totale omzet).

Het bedrijf is verdeeld in 3 delen:

• Harsco Environmental: Verwerking van jaarlijks 20 miljoen ton slak om asfalt, bestratingsblokken, schuurmiddelen, dakshingles en meststoffen te produceren.
• Clean Earth: Gespecialiseerd in de verwerking van gevaarlijk afval, waaronder jaarlijks 5,6 miljoen lampen, 5,3 miljoen pond batterijen, 5.000 ton elektronica, 3,4 miljoen verontreinigde grond en 71 miljoen gallons afvalwater.
• Rail: levert oplossingen voor spooronderhoud en -constructie.

Bron: Enviri

Over het algemeen vormt de recycling/cleaning‑segment het grootste deel van het bedrijf, met 62 % van de totale omzet afkomstig uit Noord‑America. Clean Earth groeit snel en is uitgegroeid van slechts enkele procenten van de omzet in 2019 tot bijna een derde in 2024.

Bron: Enviri

Het bedrijf ziet een grote groeikans in de behandeling van PFAS (Per- en polyfluoroalkylstoffen), of “forever chemicals”, die steeds meer zorg oproepen en betere verwerking behoeven. De markt voor PFAS‑afvoer die door Enviri’s Clean Earth kan worden aangepakt, wordt verwacht te groeien tot 3‑5 miljard.

Het bedrijf blijft zich ook richten op het identificeren van aanvullende methoden die PFAS kunnen vernietigen, in plaats van het te storten of te behandelen met diepe putinjecties.

Wij geloven dat vernietiging een superieure technologie is om langetermijnrisico’s en -verplichtingen te verminderen.”

Elizabeth Peterson – Chief Commercial Officer van Clean Earth

Naarmate steeds meer regelgeving het probleem van onbehandelde vervuiling (zoals PFAS) aanpakt, is het waarschijnlijk dat bedrijven als Enviri hiervan zullen profiteren. Andere kansen zijn te vinden in groen staal en koolstofnegatieve asfalt.

Op de lange termijn overweegt het bedrijf zijn spooractiva te verkopen, om de transformatie van een industriële groep naar een groen‑economisch bedrijf te voltooien. Maar dit kan tijd kosten, vanwege regelgeving en bedreigingen voor langetermijncontracten in Europa in geval van een verkoop, wat ertoe heeft geleid dat de verkoop van het spoorsegment voorlopig is gepauzeerd.