Natrium-ion: zou’t lithium-ion kunnen vervangen?

De lithium-ion batterij heeft de wereld veranderd. Smartphones, laptops, smartwatches, elektrische voertuigen… Elke toepassing die veel energie in een relatief klein en licht doosje meedraagt, is enkel mogelijk dankzij lithium. En godzijdank dat het kan. Als we de energietransitie willen volbrengen, moeten we vrijwel elke brandstoftank in eender welke vorm vervangen door een batterij (of groene waterstof, maar dat is duuuuuur). Brandstoffen vervangen door batterijen is een enorme verbetering, maar niets is zonder impact of problemen.

De ecologische tol van lithium-ion batterijen is kleiner dan die van fossiele brandstof, maar niet nul. Lithium is zeer brandbaar, dus de batterijen die we ervan maken zijn dat ook. Minder dan brandstofwagens, maar niet nul. Met de opkomst van elektrische wagens stijgt ook de vraag naar lithium enorm, maar driekwart van de ontginning gebeurt in slechts twee landen. En meer dan de helft van de raffinage gebeurt in één land: China.

De heilige graal der batterijen

Lithium is duidelijk een uiterst belangrijk metaal. Het zou dus wel handig zijn moest er een alternatief bestaan. De ontwikkeling van nieuwe batterijtechnologie gaat inderdaad zeer hard, vrijwel elke week kondigt er iemand de volgende heilige graal aan. En daarna hoor je er niets meer van. Want één batterij cel, die in een laboratorium goed werkt, opschalen naar massaproductie is duivels moeilijk. Neem dus al die verkooppraatjes met een stevige korrel zout. Tenzij natuurlijk, de korrel zout inbegrepen is.

Natrium-ion batterijen (sodium-ion in het Engels) vervangen lithium door natrium (Na), u wel bekend als onderdeel van keukenzout (NaCl). Het grote voordeel van die wissel is dat natrium overal voorkomt en makkelijk te produceren is. Je kan het bijvoorbeeld uit zeewater winnen. Daardoor zijn Na-ion batterijen een stuk goedkoper; tot een derde van de prijs van Li-ion. Bovendien vergt de productie van natrium minder energie, waardoor de ecologische impact lager ligt. Ook op vlak van veiligheid scoren Na-ion batterijen beter. Ze zijn niet bijzonder ontvlambaar of explosief. Waar Li-ion batterijen hun beste werk doen tussen 0°C en 50°C, hebben Na-ion batterijen geen moeite met temperaturen tussen -20°C en 60°C.

Maar hoe zit het dan met die aartsmoeilijke massaproductie? Het is daar dat Na-ion zich onderscheidt van de andere troonpretendenten. De grootste batterijproducenten investeren nu al miljarden dollars in gigantische fabrieken voor Na-ion batterijen. De verwachting is dat er dit jaar 42 GWh aan Na-ion cellen van de lopende band zullen rollen. Tegen 2030 zou dat cijfer groeien tot 186 GWh. Genoeg om 4,6 miljoen elektrische wagens te maken. In totaal staan er over heel de wereld al een twintigtal fabrieken te draaien of in de stijgers, met vooruitzichten op nog meer grote investeringen.

Wie wint waar

Toch behoudt Li-ion een paar belangrijke voordelen. Lithium is het lichtste metaal ter wereld, enkel waterstof en helium zijn nog lichter. Daardoor halen Li-ion batterijen een hoge energiedensiteit, momenteel ergens tussen 180 en 250 Wh/kg, vergeleken met 140 à 160 Wh/kg voor Na-ion. Voor dezelfde prestaties moet een Na-ion batterij dus groter en zwaarder zijn. Dat lijkt misschien niet zo handig voor bijvoorbeeld elektrische voertuigen. Maar Chinese fabrikanten claimen nu al dat ze EV’s met Na-ion batterijen gaan maken met een bereik van +/- 250 km. Genomen dat we gemiddeld 29,8 km afleggen per dag, is dat ruim voldoende voor een kleine stadsauto.

Het gewicht van Na-ion batterijen is helemaal geen probleem als je de stroom van zonnepanelen en windturbines wil opslaan voor later gebruik. En die markt op zich is al gigantisch. Volgens sommige scenario’s om onder 1,5°C opwarming te blijven, hebben we bijna 360 GW aan stationaire batterijopslag nodig tegen 2030. Rond 2050 moeten we meer dan 4.000 GW klaar hebben. Dan is het best handig als al die vraag niet enkel door lithium moet worden ingevuld.