Wetenschap Werkt | Lithium terugwinnen uit afvalwater

De wetenschap draagt dag in, dag uit bij aan oplossingen voor uiteenlopende maatschappelijke problemen. Van nieuwe medicijnen tot slimme oplossingen voor de landbouw; ons onderzoek helpt de maatschappij vooruit. Dit is echter niet altijd meteen zichtbaar. In de rubriek Wetenschap Werkt, delen we daarom verhalen die gaan over concrete innovaties, producten en ideeën om te laten zien dat wetenschap werkt!

_{Tekst: Jaap Ploeger, Corporate Communicatie RUG | Foto: IonIQs}

De energietransitie vraagt om grootschalige opslag van energie, en daarmee groeit de vraag naar lithium. Dit metaal is essentieel voor batterijen in elektrische auto’s en energieopslag. Maar die groei gaat gepaard met een enorme aanslag op het milieu: de manier waarop lithium wordt gewonnen en verwerkt is allesbehalve duurzaam. Bij het zuiveren van lithium gaat niet alleen veel materiaal verloren, maar ook enorme hoeveelheden zoet water. Groninger deep-tech startup IonIQs heeft een oplossing die de lithiumwinning grondig kan gaan veranderen.

‘Om één ton batterijgeschikt lithium te raffineren is ongeveer 50.000 liter zoet water nodig,’ zegt medeoprichter van IonIQs Jasper Zuidervaart. ‘En dat gebeurt vaak in droge regio’s, zoals de lithiumdriehoek in Zuid-Amerika.’ In landen als Chili, Bolivia en Argentinië wordt water eerst uit oppervlaktebronnen gehaald, daarna uit grondwater, en uiteindelijk zelfs met vrachtwagens aangevoerd om het raffinageproces draaiende te houden. Het vervuilde afvalwater dat daarbij ontstaat, verdwijnt vaak ongebruikt in de omgeving. Juist dat afvalwater vormt het vertrekpunt voor IonIQs, die voortkomt uit wetenschappelijk onderzoek en zich richt op het terugwinnen van waardevolle grondstoffen uit reststromen.

De wetenschap achter de oplossing

De basis van IonIQs ligt in onderzoek naar elektromembraantechnologie en waterchemie. Technisch directeur van IonIQs, Anthony Cyril Arulrajan, die promoveerde op dit onderwerp, ontwikkelde een methode om ionen selectief uit vloeistoffen te scheiden. In plaats van lithium zelf uit afvalwater te halen, wat veel energie kost, richt de technologie zich op het verwijderen van ongewenste stoffen, zoals natrium.

 ‘Je kunt het zien als een vloer met duizend pingpongballen,’ legt Zuidervaart uit. ‘Daarvan zijn er 20 wit en 980 zwart. Als je er 15 witte uit moet halen, is dat veel efficiënter dan alle zwarte ballen proberen te verzamelen. Voor verantwoord gebruik in een batterij is namelijk een zuiverheid van 99.5% nodig, zogenoemd battery grade. In dit geval mogen er dan niet meer dan vijf witte ballen zijn.’

In het geval van lithiumraffinage zijn die witte ballen de verontreinigingen die de kwaliteit van het lithium, de zwarte ballen, ondermijnen. ‘We halen niet het lithium eruit, maar juist de vervuiling.’ Daarmee wordt afvalwater feitelijk omgezet in een waardevolle grondstof. Waar dit soort precisie eerder moeilijk haalbaar was, is het IonIQs gelukt om in tests lithium uit afvalwater te zuiveren tot de vereiste batterijkwaliteit van 99,5 procent.

Impact: minder verspilling, meer waarde

De potentiële impact van de technologie is aanzienlijk. In een gemiddelde lithiumraffinaderij kan IonIQs 7 tot 8 procent extra lithium terugwinnen uit afvalstromen. Dat lijkt bescheiden, maar vertaalt zich naar duizenden extra batterijen per jaar, zonder extra vervuilende mijnbouw.

Daarnaast kan het water dat overblijft na behandeling opnieuw worden gebruikt. Dat vermindert de vraag naar zoet water en verlaagt de druk op kwetsbare gebieden. ‘We maken het proces in feite circulair. Het water kan opnieuw worden ingezet en het lithium gaat niet verloren.’

Wat deze technologie bijzonder maakt, is dat duurzaamheid en economische waarde hier samenkomen. Waar duurzame innovaties vaak duurder zijn, levert deze aanpak juist financieel voordeel op. ‘Dit is een van de eerste gevallen waarin duurzaamheid en winstgevendheid elkaar versterken, en dat maakt het voor de industrie zo interessant,’ aldus Zuidervaart.

_{Gaat verder na de foto}

Van lab naar toepassing

Het idee ontstond na wetenschappelijk onderzoek, maar kreeg pas echt vorm toen verschillende expertises samenkwamen. Zuidervaart bracht ervaring mee uit de industrie, onder meer in het opschalen van technologie en het opzetten van R&D-teams. Samen met de technische kennis van Cyril Arulrajan en industrie-ervaring uit de batterijsector van medeoprichter Cristopher Lacò werd IonIQs in 2024 opgericht. Future Tech Ventures investeerde namens de RUG in de startup. Daarnaast werden fondsen van NOM en SNN aangetrokken om de pilot te starten.

Sindsdien werkt het bedrijf aan het opschalen van de technologie. De eerste experimenten vonden plaats op kleine schaal: enkele liters per uur. Inmiddels wordt gewerkt aan een mobiel testsysteem dat wereldwijd kan worden ingezet, en precies past in een zeecontainer. Dat maakt het systeem heel mobiel en schaalbaar.

De volgende stap is een pilot in Chili, waar IonIQs samenwerkt met grote spelers in de lithiumindustrie. ‘We willen eerst begrijpen hoe robuust het systeem is,’ zegt Zuidervaart. ‘Wat gebeurt er met de membranen bij langdurig gebruik, en hoe reageert het op variaties in het afvalwater?’ Deze vragen worden onder andere onderzocht in samenwerking met de RUG, waar vervolgonderzoek plaatsvindt naar bijvoorbeeld de levensduur van membranen en andere elementen van het systeem.