De uitgestrekte onderzoeksfaciliteit voor batterijen van Northvolt springt in het oog als modern kubusvormig gebouw van hout en staal tussen berkenbossen en hoge sparren in het oosten van Zweden. Het is de grootste campus voor batterijonderzoek in Europa.

Hier, in een voormalig industriegebied aan de rand van de stad Västerås, ongeveer 100 kilometer ten noordwesten van de hoofdstad Stockholm, werkt een van de best gefinancierde bedrijven voor klimaattechnologie van het continent aan de toekomst van batterijen.

In november 2023 kondigde Northvolt, overigens de enige grote Europese fabrikant van batterijen voor elektrische voertuigen, een doorbraak aan. Het bedrijf had een allereerste batterij voor energieopslag gemaakt door veelgebruikte maar zeldzame mineralen – denk aan lithium, kobalt, nikkel en grafiet – te vervangen door goedkoper en veel overvloediger natrium (het chemisch element dat in keukenzout zit), in combinatie met ijzer, stikstof en koolstof.

“Dit is een fundamenteel nieuwe technologie”, vertelt Andreas Haas, hoofd van het natriumionprogramma van Northvolt, in een interview aan Climate Home News.

De timing van Northvolt verraste de batterij-industrie. Volgens Daniel Brandell, een materiaalchemicus aan de Universiteit van Uppsala in Zweden, hadden technologische routekaarten in Noord-Amerika en Europa deze ontwikkeling dichter bij 2030 geplaatst dan bij 2025.

Vrij van kritieke mineralen

Hoewel Chinese bedrijven pionierden met natrium om lithium te vervangen in batterijen, vertrouwden ze vaak op andere kritieke mineralen zoals nikkel of kobalt om hun prestaties te optimaliseren, aldus Brandell. Bij gebrek aan transparantie is er vandaag weinig bekend over de gedetailleerde prestaties en het specifieke type natriumionaccu’s die Chinese bedrijven gebruiken.

Zeker is dat de natriumaccu’s van Northvolt vrij zijn van ’kritieke’ mineralen.

De voorbije jaren groeide de bezorgdheid over de milieu- en sociale schade van het winnen en raffineren van mineralen voor batterijen. De lithium-, nikkel- en kobaltreserves zijn geconcentreerd in een handvol landen, waardoor ze gevoelig zijn voor geopolitieke en handelsverstoringen en onderhevig zijn aan hevige concurrentie. Ondertussen domineert China de toeleveringsketen van lithiumionbatterijen en controleert het 70 procent van de wereldwijde raffinagecapaciteit voor lithium. Batterijen op basis van natrium bieden een oplossing voor de uitdagingen in de toeleveringsketen van elektrische batterijen, vooral voor westerse landen die hun afhankelijkheid van China voor cleantech willen verminderen.

Europese toeleveringsketen

Volgens een analyse van BloombergNEF (2023) zouden natriumbatterijen tegen 2035 272.000 ton van de lithiumvraag kunnen vervangen, wat overeenkomt met ongeveer 7 procent van de totale markt die voor dat jaar wordt verwacht.

“De echte waarde van natriumionaccu’s ligt in het potentieel om een Europese toeleveringsketen op te bouwen”, zegt Iola Hughes, onderzoeksmanager bij het in Londen gevestigde consultancybureau Rho Motion. “In de VS en de EU stijgt de druk om los te komen van China en een binnenlandse aanvoer op te zetten. Natriumionaccu’s zouden een groot potentieel kunnen hebben in die overgang.”

In januari steunde de Europese Investeringsbank het bedrijf met meer dan 1 miljard dollar aan financiering, waarbij ze verwees naar het vermogen van Northvolt om de eerste volledig geïntegreerde circulaire productiefaciliteit voor lithiumionbatterijen buiten Azië te creëren.

Op dat moment noemde Maroš Šefčovič, vicevoorzitter van de Europese Commissie en verantwoordelijk voor de Europese Green Deal, de batterij-industrie van “strategisch belang en een belangrijk slagveld voor het wereldwijde concurrentievermogen”.

“Northvolt, onze pionier op het gebied van batterijen, laat zien dat de EU alles in huis heeft om een innovatief, duurzaam en wereldwijd concurrerend batterij-ecosysteem uit te bouwen”, zei hij.

Regionale productiecentra

De natriumbatterijen van Northvolt zijn ontworpen om overtollige stroom op te slaan die wordt opgewekt door hernieuwbare energie, zoals wind- en zonne-energie, en die terug te sturen naar het elektriciteitsnet wanneer dat het meest nodig is.

Het Internationaal Energie Agentschap (IEA) stelt dat de wereldwijde energieopslagcapaciteit zes keer zo groot moet worden als de wereld het doel van een verdrievoudiging van de wereldwijde hernieuwbare capaciteit in 2030 wil bereiken. Naar verwachting zullen batterijen 90 procent van die groei voor hun rekening nemen.

Natriumbatterijen, die in productie ongeveer 30 procent goedkoper zijn dan lithiumbatterijen, zouden volgens het IEA goed kunnen zijn voor ongeveer 10 procent van de toegevoegde capaciteit in 2030 en daarna blijven stijgen.

Northvolt zegt dat zijn batterijen goedkoper en duurzamer kunnen worden geproduceerd met lokaal gewonnen materialen in vergelijking met lithiumbatterijen.

Goed beschikbaar

Hoewel de VS 92 procent van de wereldwijde natriumcarbonaatreserves bezit, is de chemische stof het zesde meest voorkomende element op aarde – duizend keer meer overvloedig dan lithium – en vooral: het is op grote schaal beschikbaar in Europa. “Het risico van afhankelijkheid van Amerikaanse toeleveringsketens is laag”, zegt het bedrijf.

Zo wordt de oprichting van regionale productiecentra voor batterijen mogelijk, wat de decarbonisatie in opkomende economieën en ontwikkelingslanden zou kunnen versnellen.

“Omdat we niet gebonden zijn aan een geografie, hoeven we niet langer afhankelijk te zijn van lithium uit mijnen in China of Zuid-Amerika. We kunnen deze batterijen overal ter wereld produceren”, aldus Haas.

Omdat ze beter bestand zijn tegen hoge temperaturen dan lithiumbatterijen, die van nature ontvlambaar zijn, zouden natriumionbatterijen de elektrificatie kunnen versnellen in regio’s die blootstaan aan extreme hitte, zoals India, Afrika en het Midden-Oosten, door goedkope en veilige opties voor schone energieopslag te bieden.

Verschillende Indiase bedrijven, waaronder multinational Reliance, werken aan de productie van natriumbatterijen in het land. Ze kunnen “cruciaal” worden voor India’s overgang van kolen naar hernieuwbare energie door energieopslag “goedkoper en toegankelijker” te maken, vertelt Brandell van de Universiteit van Uppsala.

Energieopslag

Northvolt zei dat het later dit jaar de eerste prototypes van natriumbatterijen voor energieopslag zal afwerken, voordat het een productielijn ontwikkelt om ze te produceren.

De afgelopen dertig jaar is lithium gebruikt om oplaadbare batterijen te maken die licht en compact zijn, en toch veel energie kunnen opslaan.

Natrium mag dan goedkoper en in overvloed aanwezig zijn, het is ook groter en zwaarder dan lithium, waardoor de batterijen omvangrijker zijn. Dat betekent dat natriumionbatterijen minder energie opslaan dan lithiumbatterijen van hetzelfde formaat. Dat is minder een probleem voor statische energieopslag, maar ligt moeilijker voor elektrische auto’s, omdat de meeste bestuurders meer kilometers willen halen uit een enkele laadbeurt.

Maar ondanks de lagere energiedichtheid van natriumbatterijen en de dalende lithiumprijs, is de opwinding over de technologie groot gebleven.

China

China is wereldleider in de productie van schone energietechnologieën en op natrium gebaseerde batterijen zijn geen uitzondering. Er zijn wereldwijd bijna 30 fabrieken voor de productie van natriumionbatterijen actief, gepland of in aanbouw – bijna allemaal in China. In mei nam het land zijn eerste grootschalige energieopslagstation voor natriumionbatterijen in gebruik.

Het land heeft laten zien dat natriumbatterijen nog steeds een rol kunnen spelen bij het koolstofvrij maken van het wegtransport. Eerder dit jaar lanceerden Chinese autofabrikanten kleine modellen elektrische voertuigen (EV) op natriumbatterijen, bedoeld voor korte afstanden.

Het IEA ontdekte dat natriumionaccu’s gebruikt zouden kunnen worden voor tweewielige scooters en kleine EV’s in steden, waar bestuurders niet zo’n grote autonomie nodig hebben.

Actieradius

Met een capaciteit van 160 wattuur per kilogram (Wh/kg) zegt Northvolt dat zijn natriumionaccu de best presterende accu van dit type op de markt is. Toch is er nog meer werk nodig voordat deze batterij EV’s met een lange actieradius kan aandrijven.

“We zijn nog niet klaar voor de Europese automarkt”, denkt Haas. Maar over een paar jaar hoopt Northvolt natriumionbatterijen te produceren met een capaciteit van 180 Wh/kg – met dezelfde hoeveelheid energie als sommige lithiumbatterijen die worden gebruikt in elektrische auto’s met een groot bereik, voegt hij eraan toe.

“Dit is een technologie van de eerste generatie en we zien er veel potentieel in. Maar de tweede generatie zal nog beter zijn”, vertelt Haas.

Tesla

Northvolt werd in 2016 in Stockholm opgericht door de voormalige Tesla-medewerkers Peter Carlsson en Paolo Cerutti, die het doel deelden om de productie van batterijen duurzamer te maken door “de groenste batterij ter wereld” te maken. Het bedrijf is op een missie om “olie verleden tijd te maken”.

“Opslag van hernieuwbare energie is de sleutel tot een koolstofneutrale samenleving en batterijen zijn de sleutel om daar te komen”, vertelde Northvolt-ceo Carlsson in 2018 aan de Europese Investeringsbank (EIB), dat het bedrijf net een grote investering had aangeboden.

De EIB-lening droeg bij aan de bouw van de onderzoeksfaciliteit voor batterijen in Västerås, die het jaar daarop werd geopend. De fabriek was bedoeld voor onderzoek en verbetering van het productieproces van lithiumbatterijcellen voor massaproductie in Northvolts gigafabriek in Skellefteå, niet ver onder de poolcirkel in het noordoosten van Zweden.

Het duurde niet lang voordat het onderzoek zich richtte op de ontwikkeling van natriumbatterijen.

Pruisisch wit

Kort na zijn aankomst in 2019 werd Haas, die zijn baan bij een Duits energiebedrijf had opgezegd om voor Northvolt te gaan werken, het hoofd van het natriumionproject van het bedrijf. Hij mocht op zoek naar kostenefficiënte oplossingen voor het maken van batterijen zonder lithium, kobalt of nikkel.

Samen met een team van ingenieurs, scheikundigen en onderzoekers uit de hele wereld werkte Haas nauw samen met Altris, een Zweedse ontwikkelaar van batterijen en onderzoekspartner van Northvolt.

Altris had een doorbraak bereikt in de chemie van accu’s door gebruik te maken van onderzoek van Nobelprijswinnaar en materiaalwetenschapper John Goodenough en het Japanse accubedrijf Sharp, die samen ‘Pruisisch wit’ creëerden. Dat materiaal wordt gebruikt om de ‘negatieve’ kant van een natriumionaccu te maken, ook wel de kathode genoemd.

“Er bleven problemen bestaan met de energiedichtheid en vochtbeheersing. Northvolt kwam binnen en loste die twee dingen op”, waardoor de prestaties van de batterij toenamen en ze “commercieel relevant” werd, aldus Haas.

Een stad van ingenieurs

Kyrkbacken, een schilderachtige wijk in het centrum van Västerås, waar kleurrijke achttiende-eeuwse huizen langs geplaveide straten staan, voelt als een wereld ver weg van de blitse hubs van groene technologische innovatie.

De keuze van Northvolt voor een nabijgelegen locatie voor zijn R&D-centrum had dan ook weinig te maken met de pittoreske kenmerken van de stad. De stad heeft een rijke geschiedenis van technische innovatie en engineering en is de thuisbasis van titaan ABB, leider op het gebied van industriële elektrificatie en automatisering, die al meer dan 100 jaar in de stad gevestigd is. ABB levert nu machines aan Northvolt.

“Het is moeilijk om de waarde te overschatten van een locatie in een bestaand ecosysteem voor techniek, chemie en de lokale industrie, terwijl het ook dicht genoeg bij Stockholm is voor dagelijkse pendelaars”, verklaart Emma Nehrenheim, hoofd milieuzaken van Northvolt, aan Climate Home News tijdens een bezoek aan de laboratoria.

Veel van de ingenieurs van het bedrijf zijn duidelijk afkomstig uit de omgeving van Västerås. Net als anderen hier noemt Nehrenheim zichzelf een “ABB-kind” – een afstammeling van generaties lokale ingenieurs die voor het bedrijf werkten.

De missie van Northvolt om de batterij-industrie op te schonen heeft ook geholpen om wereldwijd talent aan te trekken. In een van de personeelskamers van de fabriek hangt een wereldkaart waarop werknemers spelden hebben geprikt met de locatie van hun woonplaats. Er zijn minstens 110 landen vertegenwoordigd, met clusters in Zuid-India, Japan, Zuid-Korea en heel Europa.

Nehrenheim zegt dat het bedrijf elke maand meer dan 10.000 sollicitaties ontvangt. “Northvolt is een doelgericht bedrijf en dat maakt het voor ons gemakkelijker om internationaal te werven, vooral bij jonge mensen die graag zinvol werk willen vinden”, zegt ze.

Uitbreidingsplannen

Volgens Hughes, van adviesbureau Rho Motion, bevindt Northvolt zich in een goede positie om zjin opslagbatterijen met natrium-ion op grote schaal in fabrieken te produceren.

Het bedrijf heeft miljarden aan financiering ontvangen van investeerders zoals Goldman Sachs, BlackRock, Volkswagen en het Zweedse Energieagentschap en heeft voor 55 miljard dollar aan orders voor lithiumionbatterijen binnengehaald van grote autofabrikanten zoals BMW, Scania, Volvo en Volkswagen.

Begin 2024 haalde Northvolt voor 5 miljard dollar aan schulden op – wat Northvolt omschreef als Europa’s grootste groene lening ooit – om zijn Skellefteå-batterijfabriek uit te breiden en zijn recyclinginspanningen te financieren. Dit bedrag omvatte meer dan 1 miljard dollar van de EIB.

In april van dit jaar opende Northvolt de eerste fabriek voor de productie van natriumionaccu’s in zijn afdeling in Skellefteå, met plannen voor extra fabrieken in Canada, Duitsland en Zweden, aldus het bedrijf.

De snelle groei van Northvolt liep niet van een leien dakje. In 2023 kwamen twee werknemers van Northvolt om het leven bij een bedrijfsongeval. In juni kondigde BMW aan dat het een order van 2 miljard dollar voor lithiumionbatterijen had geannuleerd omdat Northvolt door vertragingen in de productie niet op tijd een leveringscontract voor de lange termijn kon leveren. De Duitse autofabrikant vertelde aan persagentschap Reuters dat de samenwerking met Northvolt voortaan gericht was op “het doel om batterijcellen van de volgende generatie te ontwikkelen”. Lokale media omschreven de productievertragingen als een “crisis”.

Volgens Northvolt zullen de vertragingen geen invloed zullen hebben op de ontwikkeling van natriumaccu’s, vanwege “aparte productie en ook een apart team dat aan de technologie werkt”.

De toevoerketen sluiten

Hoewel de natriumionaccu’s van Northvolt zich nog in een vroeg ontwikkelingsstadium bevinden, kunnen ze een cruciale rol gaan spelen in de duurzaamheidsstrategie van het bedrijf.

Het bedrijf zegt dat het tegen 2030 de koolstofemissies in het batterijproductieproces met 90 procent wil terugdringen. Op dit moment zijn recycling en hergebruik van materialen voor de lithiumionaccu’s de sleutel tot de plannen van Northvolt om dit doel te bereiken.

Nehrenheim, Northvolts hoofd milieuzaken, zei dat het bedrijf in staat is om ongeveer 95 procent van de materialen van een lithiumionbatterij te recyclen, die vervolgens opnieuw kunnen worden gebruikt in het productieproces, waardoor een circulaire toeleveringsketen ontstaat.

Tegen 2030 wil het bedrijf dat al zijn nieuwe batterijcellen voor 50 procent uit gerecycled materiaal bestaan. Natrium, dat gemakkelijker en kosteneffectiever te recycleren is dan lithium, zou het bedrijf kunnen helpen om de toekomstige recyclingdoelen te halen.

“We leven op een planeet met een eindig aantal natuurlijke hulpbronnen. Om aan de toekomstige vraag te voldoen en ethische toeleveringsketens in stand te houden, moeten we meer recyclen. Binnenkort halen we honderd procent en kunnen we een batterij oneindig lang gebruiken”, gelooft Nehrenheim.