Hoe we koper kunnen vervangen door aluminium in de groene transitie
Veel wetenschappelijke publicaties beweren dat koperschaarste een wegversperring is op weg naar hernieuwbare energie, maar bijna geen enkele houdt rekening met vervanging. Ja, de vraag naar koper zou met 30% kunnen toenemen als onderdeel van deze groene transitie, maar koper kan in bijna alle toepassingen worden vervangen door aluminium.
Veel auteurs hebben opgemerkt dat de overgang naar hernieuwbare energie leidt tot een grotere vraag naar koper, en dat dit zal leiden tot koperschaarste, waardoor de overgang naar hernieuwbare energie wordt belemmerd.
Maar zou een tekort aan koper echt een belangrijke hindernis zijn voor de overgang naar hernieuwbare energie? Zijn er geen alternatieven die het gebruik van koper in alle relevante toepassingen kunnen vervangen?
Koper vervangen door aluminium
Koper wordt meestal gebruikt om elektriciteit te geleiden, maar aluminium kan dat ook en aluminium komt 1200 keer meer voor dan koper. Het komt zelfs meer voor dan ijzer in de aardkorst.
In 2021 publiceerde The Journal of Cleaner Production een ingezonden brief met de titel Vervangbaarheid van koper zou ongeveer 60% of meer van het huidige kopergebruik kunnen zijn. Ik zou zeggen dat dit inderdaad erg conservatief is.
De brief was deels een weerlegging van een artikel waarin onder andere wordt beweerd dat "omdat bovengrondse transmissielijnen lelijk worden gevonden ... hoogspanningstransmissie meer kan gebeuren via ondergrondse koperen lijnen (dan) bovengrondse aluminium lijnen ... voor binnenbedrading heeft koper de voorkeur boven aluminium, omdat aluminium heeft geleid tot problemen van oververhitting en brand (en) in sommige toepassingen lijkt koper vrijwel onvervangbaar, zoals voor lokale distributie van elektrische energie."
Ja, ik krab me achter de oren.
Als je koper wilt vervangen door aluminium, moet je dit weten: Aluminium heeft 60% van het geleidingsvermogen van koper. Dit betekent dat je een 25% dikkere draad nodig hebt voor dezelfde resultaten. Het aluminium in deze equivalente draad zal echter ongeveer half zoveel kosten en wegen als koper. Dat was het.
Aluminium in elektriciteitsleidingen? Natuurlijk! Ook ondergronds! En in transformatoren en spoelen, in motoren? Ja!
Koper vervangen door aluminium in e-auto's
Ik ga verder met de auto-industrie, die ook deel uitmaakt van de groene transitie. Ik heb gezien dat elektrische voertuigen worden genoemd als een van de grootste problemen met betrekking tot koperschaarste.
Het IEA beweert dat we ongeveer 50 kilo koper per e-auto nodig zullen hebben, wat ruwweg het dubbele is van een conventionele auto. Dus als we alle 1,7 miljard auto's in de wereld zouden vervangen door elektrische auto's, zouden we 42 miljoen ton koper extra nodig hebben. Ervan uitgaande dat dit gebeurt over een periode van 42 jaar, dan moeten we met 1 miljoen ton per jaar komen, oftewel 5% extra van de jaarlijkse koperproductie.
Dat klinkt aannemelijk, maar toch - aluminium. Er wordt veel onderzoek gedaan naar aluminium omdat bijna al het koper in een elektrisch voertuig kan worden vervangen door aluminium.
De motor is waar het meeste koper zit. Kunnen we dat vervangen door aluminium? Ja. De efficiëntie van de motor daalt misschien met 1% of zo, maar je krijgt ook een lichtere motor.
De volgende stap is de kabelboom en - ja, je raadt het al - dat kan met aluminium. De vervanging is eigenlijk al in volle gang, hoewel de schaarste aan koper om het urgent te maken tot nu toe ontbreekt.
Koper vervangen door aluminium in windturbines
Natuurlijk weten we inmiddels allemaal dat windturbines het grootste koperprobleem vormen. Maar wacht eens, kan al dat koper dat naar hun motoren gaat en naar de elektriciteitsleidingen naar de wal niet worden vervangen door aluminium?
Dat is inderdaad het geval.
Aluminium in plaats van koper in windturbine wikkelingen is een volwassen optie - en we hebben het al gehad over elektriciteitsleidingen. Maar voor onderzeese kabels werkt aluminium niet. Toch? Fout.
Koper wordt ook gebruikt voor koellichamen, en hier is het verhaal eigenlijk hetzelfde: aluminium heeft 60% van het geleidingsvermogen, wat betekent dat je aluminium vervanger iets groter is, maar het aluminium is half zo zwaar en half zo duur.
Het is echt moeilijk om grootschalige toepassingen te vinden waarbij je koper niet kunt vervangen door aluminium. Ik schat dat ongeveer 90% van het koper vervangen kan worden door aluminium met behulp van volwassen en beschikbare opties.
Milieuvriendelijk gebruik van aluminium tijdens de transitie
Mijn laatste punt betreft de milieuverantwoordelijkheid. Is het goed om koper te vervangen door aluminium in de duurzame energietransitie?
Ook al is het in overvloed aanwezig, ook voor aluminium is mijnbouw nodig. En hoewel bauxietmijnen over het algemeen minder averechtse directe milieueffecten hebben dan kopermijnen, kost het ongeveer drie keer zoveel energie om nieuw aluminium te produceren. Dit leidt momenteel tot ongeveer 50% meer uitstoot per kilo.
Naarmate de elektriciteitsproductie CO2-arm wordt, stoot aluminium echter minder CO2 uit. Het vervuilt het mariene milieu minder, het heeft minder nadelige effecten op de menselijke gezondheid en het heeft minder schadelijke zware metalen als bijproducten.
Dus als koperschaarste ons dwingt om aluminium te vervangen, dan is dat eigenlijk een goede zaak voor het milieu.
