Volgens het International Energy Agency (IEA) is de batterijmarkt in vier jaar ruim vijf keer gegroeid, van 180 GWh in 2020 naar 1.100 GWh in 2024. De markt voor elektrische voertuigen, die de belangrijkste gebruikers van batterijen zijn, groeit elk jaar, en er wordt gezegd dat één op de vier verkochte auto’s in 2025 een elektrisch voertuig was.
Maar waar gaan die batterijen heen als ze leeg zijn? Volgens schattingen van de Internationale Commissie voor Schoon Transport (ICCT) zullen in 2030 1,2 miljoen batterijen van elektrische voertuigen leeg zijn en in 2040 14 miljoen. Daarom heeft de batterij-industrie geen andere keuze dan geïnteresseerd te zijn in het ‘recyclen’ van batterijen.
Het vijfde onderwerp van 'The World Seen Through Patents' gaat over batterijen, vooral op het gebied van batterijcirculatie (batterijinzameling, demontage en materiaalterugwinning).
Afgelopen april publiceerden het Europees Octrooibureau (EPO) en het Internationale Energieagentschap (IEA) gezamenlijk een rapport met de titel “Battery circularity – Innovation trends for a future source of critical materials.” Dit is een analyse van de International Patent Family (IPF) op het gebied van batterijcycli van 2000 tot 2023.
In dit artikel hebben we, op basis van het bovenstaande rapport, het landschap van patenten voor batterijrecycling in drie categorieën ingedeeld: snelheid, technologie en onderwerp.
⚡ Patenten die zich voorbereiden op het tijdperk van afgedankte batterijen
Ten eerste is de snelheid waarmee patenten toenemen ongebruikelijk. Volgens het rapport is de internationale patentfamilie op het gebied van de batterijcirculatie tussen 2005 en 2017 met gemiddeld 8% per jaar toegenomen, maar sinds 2017 is deze gestegen naar gemiddeld 42% per jaar. In dezelfde periode bedroeg de productietechnologie voor batterijen 16%, dus zelfs binnen batterijen is de curve bijzonder steil.
Wat gebeurde er in 2017? Allereerst overschreed de jaarlijkse verkoop van elektrische voertuigen dat jaar voor het eerst de grens van 1 miljoen stuks. Bovendien hebben Europa en China tussen 2013 en 2018 wetten ingevoerd die fabrikanten verantwoordelijk maken voor wat er gebeurt met de batterijen van elektrische voertuigen aan het einde van hun levensduur. Het rapport is van mening dat deze twee factoren elkaar overlappen, waardoor er een stimulans ontstaat om recyclingmethoden veilig te stellen door middel van patenten.
Het ‘tijdperk van afgedankte batterijen’ waarop deze patenten zich richten, is echter nog niet aangebroken. Zoals eerder gezien zal het aantal batterijen voor elektrische voertuigen dat het einde van hun levensduur bereikt, toenemen van 1,2 miljoen in 2030 naar 14 miljoen in 2040, en het rapport schat dat de golf na 2035 pas echt zal beginnen. Patenten lopen ruim acht jaar voor op de golf. Dit is een typische situatie waarin patenten zich opstapelen voordat de markt er is.
🧪 Recyclingproces en metallurgische technologie
Dus welke technologieën worden gepatenteerd? Het rapport verdeelt het recyclingproces in vier fasen: inzameling, sortering/scheiding, conditionering en conversie.
De grootste concentratie van patenten bevindt zich in de laatste transitiefase. Onder hen zijn de patenten met betrekking tot de hydrometallurgie, die zwarte massa in zuur oplost en vervolgens metalen in zoutvorm selecteert, vijftienvoudig gestegen van 40 in 2000-2004 naar 661 in 2020-2023, waarmee ze een cumulatief aantal van 1.023 bereiken, het grootste van de afzonderlijke technologieën.
Het aantal gevallen van pyrometallurgie, waarbij legeringen worden gemaakt door ze bij hoge temperaturen te smelten, steeg ook van 17 naar 208 gevallen, maar in een iets langzamer tempo. Droge metallurgie zou het nadeel hebben dat het bestand is tegen vermenging van grondstoffen, maar dat het veel energie kost, en dat lithium in slakken valt en apart moet worden teruggewonnen.
De technologieën met de meeste patenten na hydrometallurgie zijn stabilisatie en ontlading in de verzamelfase, verkleining in de selectie- en scheidingsfase, pyrometallurgie en mengproces (natte na warmtebehandeling). Stabilisatie en ontlading bleven al 20 jaar aan de top, en het versnipperen nam 14 keer toe, van 16 naar 251, waardoor het een van de snelst groeiende technologieën van de afgelopen tijd is. Volgens het rapport zijn deze top vijf technologieën goed voor 83% van de internationale patentfamilie.
🌏 Onderwerp — Van Japan en Korea tot China
Tot 2019 waren de leiders op het gebied van patenten op dit gebied Japanse en Koreaanse bedrijven. Toyota en Sumitomo Metal Mines waren de toonaangevende bedrijven van Japan. In Korea hebben LG, SK Group, POSCO, etc. veel patenten verworven. In het bijzonder staat LG niet alleen op de tweede plaats in de cumulatieve internationale patentfamilie, maar is het ook een zeldzaam bedrijf dat het hele recyclingproces heeft aangevraagd, van inzameling tot chemische conversie.
De ranglijst is echter onlangs gewijzigd. Brunp, de recyclingdochter van het Chinese CATL, 's werelds grootste batterijfabrikant, steeg naar de eerste plaats door tussen 2020 en 2023 ruim twee keer zoveel internationale patentaanvragen in te dienen als Toyota, dat op de tweede plaats stond.
Het onderdeel om in de gaten te houden is de grondstof voor Brunp. Volgens het rapport zijn bijna alle batterijgrondstoffen die momenteel worden gerecycled geen afvalbatterijen, maar schroot en defecte producten uit het productieproces, het zogenaamde productieschroot. Bijna geen enkele batterij heeft het einde van zijn levensduur bereikt. Daarom is het niet het recyclingbedrijf dat het grootste aandeel gerecyclede grondstoffen in handen heeft, maar de grootste batterijfabriek, en Brunp heeft zijn recyclingfaciliteiten uitgebreid door schroot van de CATL-fabriek als grondstof te ontvangen. Volgens het rapport hebben de recyclingfaciliteiten die Brunp tot nu toe heeft gebouwd een verwerkingscapaciteit van ongeveer 5% van het wereldtotaal, tweemaal zoveel als die van het op één na grootste bedrijf.
🇪🇺 Europa - Industrieel beleid vermomd als regelgeving
Europa bleef gedurende de hele analyseperiode rond de 20%. Ze zijn met name sterk op het gebied van inzameling en voorverwerking, waarbij 34% van de technologieën voor afhandeling op afstand en 30% van de isolatie- en fixatietechnologieën afkomstig zijn van Europese aanvragers. Chemiebedrijf BASF en recyclingbedrijf Umicore staan op een gedeelde zesde plaats, terwijl het Franse Atoomenergieagentschap (CEA) op de achtste plaats staat. Op het gebied van conversie was de groei in Azië sneller en daalde het marktaandeel, maar het aantal toepassingen in Europa zelf nam toe.
Waar Europa achterloopt is niet de technologie, maar de grondstoffen. Allereerst bevinden de mineralen die het uitgangspunt zijn voor recycling zich buiten Europa. Voor de lithiumwinning is Australië goed voor ruim een derde van de mondiale productie, terwijl China voor de raffinage ongeveer 70% van het lithium en ongeveer 80% van het kobalt verwerkt, aldus het rapport. Omdat de meeste batterijfabrieken in China zijn gevestigd, komt het productieschroot, dat nu bijna alle gerecyclede materialen voor zijn rekening neemt, daar ook vandaan. Afgedankte batterijen van elektrische voertuigen die in Europa worden verkocht, zijn nog niet echt vrijgegeven, en een aanzienlijk deel van de zwarte massa die is geproduceerd, wordt geëxporteerd en naar het buitenland afgevoerd.
Daarom heeft Europa ervoor gekozen grondstoffen vast te houden met de volgende regelgeving.
Bovenstaande regelgeving is gebaseerd op de wettelijke basis voor het beheer van gevaarlijk afval, maar is in werkelijkheid een maatregel om de hoeveelheid gerecyclede grondstoffen die binnen de EU moet worden verwerkt te vergroten als reactie op het probleem van de Europese zwarte massa die buiten de EU wordt verwerkt. Het doel is om grondstoffen veilig te stellen voor de regionale recyclingindustrie in het komende tijdperk van afgedankte batterijen.
🧭 Afronding
China controleert de aanvoer van 19 van de 20 belangrijke mineralen die in de energiesector worden geraffineerd, en recycling is een technologie waarvan elk land de afhankelijkheid wil verminderen. Als dat zo is, zou het logisch zijn dat recyclingoctrooien over meerdere landen verspreid zijn, maar volgens het rapport is het tegenovergestelde waar. Het Chinese aandeel in de internationale patentfamilie is gestegen van 5% in 2013 naar 29% in 2023, en zal naar verwachting in 2030 75% van de mondiale materiaalterugwinningscapaciteit in handen hebben.
Na 2035, wanneer afgedankte batterijen serieus beginnen op te duiken, zal het volgende punt om in de gaten te houden op deze markt zijn of de nu verzamelde patenten en faciliteiten op de ranglijst zullen blijven staan, of dat de landen waar elektrische voertuigen zijn verkocht de controle over het inzamelingsnetwerk zullen overnemen en het spel zullen veranderen.
#Technologische taken #Patenttrends #Batterijrecycling #Hydrometallurgie #IP-strategie #EPO