Grondstoffen gaan een kritieke rol spelen in de uitrol van zonnestroom. En dat roept vragen op: waar worden die grondstoffen gewonnen? Is de dominantie van China op het gebied van PV onoverkomelijk? Wat voor impact heeft grondstofwinning op de mensen en natuur in de regio? In dit tweede deel van onze reeks over de grondstoffen voor PV gaat Solar365 in op de belangrijkste knelpunten in de productieketen.

In het eerste deel van deze reeks concludeerde Solar365 dat voor de belangrijkste grondstoffen voor PV – aluminium, koper, silicium en zilver – er in principe geen tekorten hoeven te ontstaan. Hoewel voor met name aluminium en koper geldt dat de vraag flink gaat stijgen, is aluminium een van de meest voorkomende grondstoffen in de aardkorst en vinden we sneller koperreserves dan we het mijnen.

Maar naast de vraag of we er genoeg van hebben, maken veel mensen zich zorgen om wat al die grondstoffen gaan kosten – financieel, voor het milieu, of op politiek gebied. Regelmatig stelt iemand de vraag of de overstap naar duurzame energie betekent dat we de afhankelijkheid van Russisch gas inruilen voor afhankelijkheid van Chinese zonnepanelen.

Wat een goed stuk van @GuillaumePitron over hoe we onze energie-afhankelijkheid van Rusland lijken in te ruilen voor een nog grotere afhankelijkheid van China. We mogen niet naïef zijn en moeten energie-onafhankelijk worden van onvrije regimes.https://t.co/JNTzX25uev

— Silvio Erkens (@SilvioErkens) May 16, 2022

 

Het Internationaal Energieagentschap (IEA) noemt een aantal manieren waarop grondstoffen het succes van de energietransitie in gevaar kunnen brengen:

• Geografische concentratie (als een klein aantal landen de productie in handen krijgt)
• Vertraagde ontwikkeling van de productiecapaciteit
• Afnames in de kwaliteit van grondstoffen
• Productie die niet voldoet aan strengere eisen op het gebied van milieu impact en mensenrechten
• Productie in gebieden die kwetsbaar zijn voor klimaatrisico’s zoals droogte

Deze analyse loopt de bovenstaande risico’s bij langs met betrekking tot de vier grondstoffen die het belangrijkst zijn voor zonnepanelen: aluminium, koper, silicium en zilver. De vraag hier is dus niet of er een grondstoffentekort gaat ontstaan op globaal niveau, maar of we de benodigde grondstoffen op een duurzame manier kunnen winnen, verwerken en verdelen.

De informatie voor dit artikel komt grotendeels uit een aantal rapporten: de Mineral Commodity Summaries 2023 van het United States Geological Survey (USGS), Minerals for Climate Action van de Wereldbank, en Energy Technology Perspectives 2023 en The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions van het IEA.

Geografische concentratie: is China’s dominantie onvermijdelijk?
De grootste angst voor beleidsmakers in Europa op het gebied van grondstoffen is dat we straks te afhankelijk zijn van China. De Europese Unie kondigde onlangs dan ook aan dat ze in 2030 voor geen enkele strategische grondstof voor meer dan 65 procent van één land afhankelijk willen zijn.

PV is op dit vlak een enigszins vreemde eend in de bijt. In tegenstelling tot windturbines (zeldzame aardmetalen) en accu’s (kobalt en lithium) is de productie van zonnepanelen niet afhankelijk van een grondstof die in bijzonder hoge concentratie in bepaalde regio’s te vinden is. Van belang hier is wel het verschil tussen de reserves, winning en productie van grondstoffen: reserves zijn plekken waar we weten dat iets in de grond zit, winning is het mijnen of ophalen van die grondstoffen en productie is de verwerking tot een bruikbaar materiaal. Met name die laatste twee is waar China de keten voor PV domineert.

Silicium is hier het beste voorbeeld van. Silicium is na zuurstof het meest voorkomende element in de aardkorst en is in de meeste regio’s in overvloed aanwezig. De reserves zijn dus allesbehalve geografisch geconcentreerd. Toch produceert China volgens het IEA ongeveer 70 procent van de silicium en 80 procent van de polysilicium (de vorm waarin het in panelen gebruikt wordt).

Voor aluminium zien we een soortgelijk beeld. Ook aluminium is een veelvoorkomend element, waar voor de reserves en de winning geldt dat Australië de grootste speler is. Toch zie je als je naar de gegevens voor de verwerking kijkt, dat China bijna 60 procent daarvan in handen heeft (USGS).

Wat betreft koper en zilver is de dominantie van China minder extreem. Voor koper zien we dat met name Zuid-Amerikaanse landen als Chili en Peru grote reserves bezitten, met als gevolg dat de EU de banden met die landen wil versterken. Hoewel het aandeel van China in de verwerking van koper groot is (zie figuur 2.3 hierboven), is het niet zo groot als bij andere kritieke materialen. Voor zilver is Mexico de grootste producent, maar zijn de verschillen ook minder groot.

Opschalen, opschalen, opschalen: is er op tijd genoeg productiecapaciteit om tekorten te voorkomen?
Onlangs werd aangekondigd dat Zweden een grote reserve aan zeldzame aardmetalen had ontdekt. Hoewel dit nieuws met veel blijdschap werd ontvangen, merkte het Zweedse mijnbouwbedrijf dat de ontdekking deed ook gelijk op dat het tien tot vijftien jaar kon duren voor het daadwerkelijke mijnen kan beginnen.

Dit is geen uitzondering als het op grondstofwinning aankomt. Het IEA stelt dat het gemiddeld 16,5 jaar duurt om grote mijnbouwprojecten van ontdekking tot productie te ontwikkelen. Hoewel er verschillen zijn tussen het type grondstof, mijn en locatie, zit een groot deel van deze tijd in exploratie en verder onderzoek (12 jaar).

Volgens het IEA gaat dit met name bij koper leiden tot mogelijke krapte op de markt. Het stelt dat er momenteel nog te weinig projecten klaar gaan zijn om te produceren tegen het einde van dit decennium, om in de stijgende vraag te voorzien. Op dit vlak is silicium een van de weinige materialen waarbij volgens het IEA er aan de aanbodkant voldoende projecten zijn opgestart (in China) om in de vraag voor de komende jaren te voorzien.

Kunnen al die grondstoffen op een duurzame manier gewonnen worden?
De transitie naar schone energiebronnen zoals zonnepanelen moet uiteindelijk de druk op het milieu verlagen, en onze leefomgeving verbeteren. Maar het winnen van de benodigde grondstoffen voor die transitie is op zichzelf vaak een vervuilend proces, dat op verschillende manieren de kwaliteit van zowel de natuur als de leefomgeving kan verminderen. Het IEA neemt dit samen op onder het kopje van ‘ESG issues’: environmental, social, en governance.  

Een van de manieren waarop de vraag naar grondstoffen het succes van de energietransitie in gevaar kan brengen, is als de energie die nodig is om die grondstoffen te winnen te hoog oploopt. Dit zou zowel de uitstoot die bij de winning vrijkomt vergroten, als de kosten doen oplopen. Voor zowel koper als aluminium geldt volgens het IEA dat de energiekosten die met de winning en productie gepaard gaan relatief hoog zijn. Voor silicium geldt dat met name het verwerken van het ruwe materiaal onder hoge temperaturen een intensief en duur proces is.

Een bijkomend probleem is volgens de IEA het risico op een afname in de kwaliteit van de gewonnen grondstoffen. Hier geldt dat de hoge-kwaliteit bronnen als eerst worden gemijnd, waardoor de kwaliteit van de erts uit de bekende reserves geleidelijk afneemt. In Chili is de kwaliteit van kopererts over de afgelopen vijftien jaar bijvoorbeeld met 30 procent afgenomen. Dit betekent niet dat het uiteindelijke materiaal van lagere kwaliteit is, maar dat het meer energie kost om hoogwaardig materiaal te produceren en er meer restafval bij het proces vrijkomt.

Het andere grote probleem op ESG-gebied zijn mensenrechtenschendingen in de mijnbouw. De bekendste verhalen gaan over de winning van lithium en kobalt in de Democratische Republiek Congo, waar kinderen worden ingezet in gevaarlijke omstandigheden. Maar ook de winning van koper in Zuid-Amerika is geassocieerd met onethische praktijken. Volgens de Transition Mineral Tracker 2021 van het Business & Human Rights Resource Centre was koper de ‘transition mineral’ met de meeste voorvallen van mensenrechtenschendingen in 2021. Een groot deel van deze incidenten had te maken met inbreuken op de rechten van lokale bevolking op hun water, land en levensonderhoud.

Specifiek voor zonnepanelen kan een discussie over mensenrechten ook niet zonder het noemen van de situatie in China. Volgens een rapport van het Breakthrough Institute worden Oeigoerse dwangarbeiders ingezet bij de productie van polysilicium in de Xinjiang regio. De Oeigoerse bevolking, die al sinds 2014 wordt vervolgd in China, zou onder impliciete dreiging worden verplicht tot participatie in ‘staatsgesteunde dwangarbeidprogramma’s. Hoewel de Chinese regering ontkent dat het om dwangarbeid gaat, heeft de Verenigde Staten in respons de import op producten uit die regio voor een groot deel verbannen.

Race tegen de klok: gaan klimaatrisico’s de grondstofwinning in gevaar brengen?
Het laatste potentiële knelpunt dat het IEA noemt is dat van klimaatrisico’s, waarbij het met name om droogte gaat. Veel mijnen hebben namelijk grote hoeveelheden water nodig om mineralen te winnen, en verliezen productiviteit als water schaars wordt.

Ook hier zijn de grootste risico’s rondom koper. Volgens het IEA zijn meer dan de helft van de kopermijnen in de wereld in gebieden die ze classificeren als ‘hoog’ tot ‘extreem hoog’ qua ‘waterstress level’. In de onderstaande grafiek kun je zien dat dit gelukkig voor bauxiet (wat verwerkt wordt tot aluminium) juist weer helemaal niet het geval lijkt te zijn.

Ook voor siliciumproductie kan extreme droogte een probleem zijn. Hoewel de aanwezigheid van water niet zozeer van direct belang is voor het winnen of produceren van silicium, zijn veel van de Chinese siliciumproducenten afhankelijk van de stroom die hun stuwdammen produceren. In de zomer van 2022 moesten een aantal fabrieken in de Sichuan provincie sluiten, omdat een hittegolf tot stroomtekorten leidde.

Goedkoop, rechtvaardig en onafhankelijk
Om de wereld van zonnestroom te voorzien volstaat het niet alleen dat er voldoende grondstoffen op globaal niveau aanwezig zijn. De rapporten van het IEA en de USGS laten zien dat er verschillende uitdagingen zijn die overkomen moeten worden, als PV haar steentje in de energietransitie wil bijdragen.

Ten eerste moeten grondstoffen goedkoop zijn en blijven. Als duurzame energiebronnen zoals PV niet kunnen concurreren met fossiele energie qua prijs gaat dat de transitie vertragen, dus de prijs van grondstoffen kan niet te hoog oplopen. Op dit vlak zijn er verschillende risico’s zoals krapte op de markt door trage opschaling van productie, en oplopende energiekosten door droogte en de afnemende kwaliteit van erts.

Ten tweede kunnen de kosten niet bij de regio’s waar grondstoffen worden gewonnen terecht komen. Momenteel zitten er in de grondstofwinning voor zonnepanelen verschillende 'externaliteiten' verweven: kosten die niet in de marktprijs verwerkt worden. Zo vindt veel van de winning van grondstoffen plaats in landen waar minder aandacht is voor de impact op het milieu of de bevolking van de regio. Als daar meer aandacht voor komt worden panelen duurder, wat de uitrol van zonnestroom kan vertragen als er niet tijdig wordt gehandeld.

En tot slot is het voor vrijwel iedereen in de sector duidelijk dat de afhankelijkheid van China een probleem is. Maar in tegenstelling tot bij andere duurzame technologieën, hoeft dit voor PV niet zo te zijn. De benodigde grondstoffen voor zonnepanelen zijn minder geografisch geconcentreerd dan die voor windturbines of accu’s, en kunnen in potentie op verschillende plekken geproduceerd worden.

Grondstofwinning voor PV op een goedkope, rechtvaardige en onafhankelijke manier doen is geen makkelijke opgave. Maar vergeleken met andere duurzame energiebronnen heeft de solarsector een relatief gunstige positie. Hopelijk hoeft met de toenemende aandacht en urgentie onder Europese bestuurders geen van de knelpunten op het gebied van grondstoffen de uitrol van zonnestroom in de weg te staan.