Werkcollege kritieke materialen en energie-opslag


Voorbereiding

Bekijk de pagina werkcollege-voorbereiding-algemeen voor de regels rondom de voorbereiding van werkcolleges.

Lees dit artikel van de NOSw. En bestudeer de pagina’s over energie-opslag en batterijen en kritieke materialen.

1. Maak een schatting van het aantal huishoudens die kunnen worden voorzien met alle energie die volgens het artikel niet gebruikt zou kunnen worden?
2. Zou PHS en/of CAES geschikt kunnen zijn om stroomoverschot op te slaan? Gebruik de gegevens uit het dictaat om dit te onderbouwen: waarom wel of niet? (Hint: als je niet weet hoe te starten: zou je het Groningen gasveld kunnen gebruiken voor CAES als het leeg zou zijn?)
3. Welke andere oplossingen (naast PHS/CAES) kun je bedenken die mogelijk dit probleem oplossen? Waarom wel/waarom niet? Ontstaan daar nieuwe problemen bij?




Opdracht

Deel 1

Vergelijk en bespreek de voorbereidingsvragen in tweetallen:
1. Bekijk en vergelijk de feedback die je hebt gekregen.
2. Vergelijk en bespreek elkaars uitwerkingen: zie je verschillen? Zijn er tegenstrijdigheden? Waar komt dat door?
3. Maak een lijst van dingen die je vooraf niet wist. Waren er verrassingen? Komen er nieuwe vragen bij je op?
4. Maak een overzichtje van aspecten die je lastig vind aan deze voorbereiding. Zie jij als uitdaging bijvoorbeeld het uitzoeken, het rekenen, het interpreteren en/of het systeemdenken?

We bespreken dit klassikaal.



Deel 2

Uit de voorbereidingsvragen blijkt dat opslag een zeer belangrijke plaats kan innemen in het energiesysteem. Deze opslag wordt niet alleen gebruikt voor opslag op zulke grote schaal maar bijvoorbeeld ook in je mobiele telefoon, laptop en elektrische auto’s.
Lees deze paginaw over het gebruik van Lithium en de huidige reserves. Werk in tweetallen of alleen.

1. Bereken de huidige R/P ratio van lithium. Interpreteer je resultaat. Wat zegt je dit? Hoe verhoudt je dit met R/P ratio van de verschillende energiebronnen zoals steenkool, uranium, aardgas, aardolie?
2. Onderbouw kwantitatief de schatting van in dictaat dat er nog 300 miljoen Tesla’s gemaakt zouden kunnen worden met de huidige bekende reserves. Welk deel van de personenvoertuigen wereldwijd kan worden vervangen door elektrische auto’s op basis van de huidige lithium voorraad. Zie ook batterijen voor meer gegevens.
3. Wat gebeurt er als al deze auto’s na 10 jaar een nieuwe batterij nodig hebben met je schatting?
4. Lithium staat niet op de lijst met kritieke-materialen uit 2010. Bekijk de figuur en beredeneer waarom je denkt dat het niet als kritiek wordt aangemerkt. Verwacht je dat dit gaat veranderen?
5. We gaan nu kritisch kijken naar nieuwsitems over dit onderwerp. Zoek online naar een aantal nieuwsitems die gaan over elektrische auto's en/of batterijen. Bestudeer (en bespreek) deze artikelen aan de hand van de volgende vragen:
• Worden er kentallen gebruikt die je hierboven of in kentallen-overzicht tegenkomt?
• Kun je aannames ontdekken achter de boodschap van deze artikelen? Wat vind je van die aannames? Sterk of zwak?
• Kun je laten zien of de artikelen feitelijk kloppen met de gegevens zoals we ze tot nu toe hebben verzameld?
• Zie je terugkerende aspecten in de artikelen die juist heel scherp of minder scherp zijn?

Bespreek je bevindingen met een ander groepje.

Uitwerking

Uitwerking van de voorbereiding

1. Schatting huishoudens
• Gemiddeld elektriciteitsverbruik Nederlandse huishouden = 3300 kWh/huishouden, zie kentallen-overzicht
• Verwacht vermogen = 3,7 GW. Het is maar de vraag welk deel hiervan niet kan worden aangesloten. Stel dat er niets meer bij kan dan is daarvan de verwachte opbrengst: 3,7 GW * 8760 uur/jaar * 25% opbrengst = 8103 GWh/jaar.
• Dit gaat dus om 8103 GWh/jaar / 3300 kWh/huishouden*jaar * 1e6 kWh/GWh= 2,5 miljoen huishoudens
2. PHS en CAES:
• PHS is niet mogelijk in Nederland, vanwege gebrek aan hoogteverschil.
• CAES zou kunnen in een leeg gasveld. Het Groninger gasveld wordt geschat op 2700 miljard m3. Met de energiedichtheid van 7,19 kWh/m3 komt dit uit op een opslagcapaciteit van 2700 miljard m3 * 7,19 kWh/m3 = 19,4e12 kWh, dat is 19,4 miljoen GWh. Dat is veel meer dan hoeveelheid om al die stroom een heel jaar op te slaan, dus de opslag is zeker groot genoeg. Haalbaarheid is zeker een issue - in termen van betaalbaarheid, etc.
3. Andere oplossingen: lokale opslag in batterijen, netverzwaring, demand response, etc. Dit zijn allemaal deeloplossingen met vervolgvragen over hoe dan. Meer in het vervolg van het college.


Uitwerking van opdracht - deel 2

1. Het document geeft schattingen voor de wereldwijde productie in 2019 van 77,000 en een voorraad van 17,000,000 ton. Daarmee kom je op een R/P ratio van 17e6/77e3 = 221 jaar. Dit is relatief lang, maar zou snel kunnen veranderen. De data van 2017 die in 2019 beschikbaar waren gaven nog een R/P ratio van 372 jaar, dat zegt wel hoe gevoelig dit gegeven is. De recente jaren kenmerkt zich door een behoorlijke stijging in de productie.
2. Nu wordt van de productie 46% voor batterijen gebruikt. Stel dat we alle andere toepassingen wegdenken dan hebben we een optimistische schatting.

We kunnen dus 16 Mt aan lithium inzetten. We gaan uit gaan van de hoeveelheid lithium voor een Tesla Model S, dat is 63 kg volgens deze paginaw). Het dictaat stelt op batterijen dat de Tesla Model S 63 kg lithium bevat.

16 Mt / 63 kg * 1e9 kg/Mt = 16 / 63 e9 komt overeen met ongeveer 250 miljoen Tesla's. De schatting van 300 miljoen is wat hoger en duidt dus op een hogere verwachte voorraad.

In 2015 waren er wereldwijd 947 miljoen personen voertuigen. Met de volledige hoeveelheid lithium kan dus ongeveer een kwart van alle voertuigen zou dus kunnen worden vervangen door een Tesla Model S.
3. Lithium wordt op dit moment haast niet gerecycled. Lees hier meer over op de pagina batterijen. Hierdoor zouden er over 10 jaar als de meeste auto’s vervangen zullen gaan worden een vraag naar lithium ontstaan die zeer lastig kan worden beantwoord. Dit is mede reden waarom er wereldwijd veel aandacht is de ontwikkeling van batterijtechnologie.
4. Om een kritiek materiaal te zijn moet het een hoog economisch belang hebben (score van 2,8 of hoger) en een hoge supply risk (score van 1,0 of hoger). Lithium heeft een lager economisch belang dan een paar jaar geleden, volgens de Europese Unie. In eerdere beoordelingen werd het eindgebruik voor lithium toegewezen aan verschillende megasectoren, waaronder plastics en elektronica.

Ook in de lijst van 2017 is lithium niet kritiek (EUw). Overwegende dat in de beoordeling van 2017 een meer uitgesplitste toewijzing van de belangrijkste eindtoepassingen was, komt hier een resultaat voor economic importance (2.4). Voor de supply risk scoorde lithium 1, dit is precies de grens. Voorlopig zijn er, zo lijkt de redenering, voldoende alternatieven, voldoende productielocaties voor lithium en is de behoefte aan batterijen dus niet groot genoeg om als kritiek te worden aangemerkt. Denk hierover na als je bekijkt dat dus niet lithium maar wel een heel scala aan andere materialen kritiek is.


Laatste wijziging: 19-02-2020
Creative Commons-Licentie
Deze publicatie valt onder een Creative Commons licentie. Zie hiervoor het colofon.