Norbion-proces: duurzame productie van lithiumhydroxide monohydraat
Nobian wil belangrijke schakel worden in Europese batterijwaardeketen
Zout- en chemiebedrijf Nobian heeft een patentaanvraag gepubliceerd voor een nieuw proces om lithiumhydroxide monohydraat (LiOH.H2O), een belangrijke batterijgrondstof, duurzaam te produceren. Door optimaal gebruik te maken van chemicaliën en grondstoffen uit het eigen productieproces, wil Nobian de groeiende wereldwijde vraag naar betaalbare en CO2-arme lithiumbatterijen ondersteunen en de Europese batterijwaardeketen verbeteren.
Het traditionele proces
Lithiumzouten komen van nature voor in rotsgesteente, aquifers (ondergrondse waterlagen) en vulkanische omgevingen. Ze kunnen met zwavelzuur (H2SO4) uit gesteente worden gewonnen, waarbij dan lithiumsulfaat (Li2SO4) ontstaat.
In het traditionele proces wordt dit vervolgens met soda (Na2CO3) en kalk (Ca(OH)2) omgezet in lithiumhydroxide monohydraat (LiOH.H2O). Dit proces heeft als nadelen dat er veel bijproducten ontstaan, zoals natriumsulfaat (Na2SO4) en calciumcarbonaat (CaCO3), en dat er veel water voor nodig is.
Werking van het Norbion-proces
In het Norbion-proces wordt een NaCl-oplossing via een chloor-alkali-elektrolyse omgezet in een NaOH-oplossing. Hierbij ontstaan ook chloor (Cl2) en waterstof (H2). Vervolgens wordt in de volgende stap de verkregen NaOH-oplossing gemengd met LiCl. Door kristallisatie door afkoeling ontstaat nu lithiumhydroxide monohydraat (LiOH.H2O).
In de volgende stap wordt ook de ontstane NaCl teruggewonnen door kristallisatie door verdamping en teruggevoerd naar de elektrolyse, om opnieuw te worden omgezet in NaOH, chloor en waterstof.
Een essentieel onderdeel van het proces is waar en wanneer de NaOH-oplossing en LiCl worden bijgemengd. Uit analyses van de fasediagrammen is het gunstigste punt hiervoor gevonden om efficiënt lithiumhydroxide monohydraat te laten kristalliseren. Dankzij de kennis over de thermodynamica van het systeem kan dit proces zo optimaal worden gestuurd en verfijnd.
Bij dit proces zijn chloor en waterstof waardevolle bijproducten en is lithiumhydroxide monohydraat het hoofdproduct. Samen met nikkel, mangaan en kobaltzouten wordt dit gebruikt als kathodemateriaal in lithiumionbatterijen.
Wat is lithiumhydroxide monohydraat?
Lithiumhydroxide monohydraat (LiOH.H2O) is een witte, kristallijne, hygroscopische vaste stof die een gehydrateerde vorm is van lithiumhydroxide (LiOH). Het wordt gebruikt bij de productie van kathodematerialen voor lithiumionbatterijen, zoals lithiumkobaltoxide en lithiumijzerfosfaat. Het wordt ook gebruikt in smeervetten. De stof is corrosief, sterk alkalisch, en wordt gebruikt in verschillende industriële toepassingen.
Voordelen
Het Norbion-proces is efficiënter, goedkoper en milieuvriendelijker dan traditionele methoden om lithiumhydroxide monohydraat te maken en Nobian kan hiervoor gebruikmaken van de bestaande infrastructuur. Het energieverbruik ligt circa 50% lager dan bij de directe elektrolyse van LiCl en het bedrijf kan gebruikmaken van bestaande elektrolysers, zodat die niet opnieuw gebouwd hoeven te worden.
Het proces is dus ontworpen om de investerings- en operationele kosten te verlagen, de milieu-impact te verminderen en de CO2-uitstoot te verlagen.
Opschaling
Het proces is met succes getest op pilootschaal, wat het potentieel aantoont. Nobian gebruikt zijn meer dan 100 jaar ervaring en bestaande productiecapaciteiten in Nederland en Duitsland om het proces te implementeren en werkt samen met Veolia Water Technologies om dit op te schalen.
De volgende stap is opschaling naar commerciële productie, waarbij gesprekken gaande zijn met Europese en wereldwijde leveranciers om lithiumchloride (LiCl) veilig te stellen. Onder andere het Duitse Vulcan Energy werkt aan de ontwikkeling van de winning van lithiumchloride uit ondergrondse waterlagen, waarin het aanwezig is als lithiumhoudende pekel.
Via elektrolyse is deze pekel om te zetten naar lithiumhydroxide monohydraat. Dit gaat zonder bijproducten, maar deze route kost relatief weer veel energie, vergeleken met de reguliere chloor-alkali-elektrolyse van NaCl die in het Norbion-proces wordt gebruikt.
Europese batterijwaardeketen
Nobian is van oudsher geen producent van grondstoffen voor lithiumionbatterijen, maar heeft wel de ambitie om in deze markt te groeien en een belangrijke schakel te worden in de Europese batterijwaardeketen. Nobian zoekt dan ook investeerders om te voldoen aan de groeiende vraag naar lithiumhydroxide monohydraat en staat open voor het wereldwijd licentiëren van zijn technologie.
Referenties
www.nobian.com
www.sciencelink.net
www.nobian.com
www.duurzaam-ondernemen.nl
www.engineersonline.nl
