Inspirerend materiaal

Motivatie: men verwacht dat de vraag naar “zeldzame” aardmetalen en lithium sterk zal groeien om de energietransitie van onze samenleving mogelijk te maken. Gebruik van die kritische grondstoffen in batterijen is cruciaal. Batterijen zijn onder meer belangrijk om de verschillen tussen de vraag naar energie en energievoorziening te overbruggen. De betrokken metalen komen vaak in lage concentraties voor in bv. ijzererts. Er moet nog veel gebeuren om efficiënte winning mogelijk te maken. Mijnbouw is daarbij vaak vervuilend en/of maakt gebruik van gedwongen arbeid. Daarom is sociaaleconomisch haalbare recyclage zeer belangrijk.

Oriëntatie, probleem(stelling) of onderzoeksvraag
Je kan:

• in de oriëntatiefase starten vanuit een meer informele verkenning van beschikbare literatuur en de vraag verdiepen met specifieke literatuur vanuit een bepaalde focus.
• de zoektocht naar literatuur initiëren en begeleiden. Je kan bijvoorbeeld aandacht besteden aan efficiënte zoekstrategieën (bv. gebruik van samenvattingen en literatuurlijsten, vaak voorkomende referenties ...). Je kan aandacht hebben voor mogelijkheden van chatbots en meer specifiek een goede omschrijving van de zoekopdracht (prompting): rol van de vraagsteller, doel van de zoekopdracht, context, eigenschappen van het verwachte antwoord …
• aandacht besteden aan het identificeren van relevante sleutelwoorden of zoektermen.
• aandacht besteden aan de wisselwerking met de samenleving zoals mogelijkheden voor ertsenwinning in Europa in het kader van strategische onafhankelijkheid.

Onderzoeksmethode, gegevensverzameling, analyse

• Je kan aandacht besteden aan selectie van bronnen bv. op basis van de belangrijkste concepten.
  Je kan aandacht besteden aan kritieke grondstoffen zoals lithium, kobalt, nikkel, fosfor en grafiet.
• Je kan op basis van de bronnen de belangrijkste batterijsystemen, de achterliggende chemische werking en duurzame ontwikkelingen beschrijven (bv. Li-ion versus basaltbatterij, zandbatterij, zoutbatterij …); welke reacties zorgen voor de opgebouwde spanning? Je kan de link leggen met redoxreacties en chemisch evenwicht bij oplaadbare systemen.
• Welke duurzame methoden zijn er om grondstoffen te winnen voor lithium-nikkel-kobalt-mangaanoxide (NCM) batterijen voor elektrische wagens? Welke alternatieven zijn er (bv. lithium-ijzer-fosfaat (LFP) batterijen)? Hebben natrium-ion en aluminium-ion batterijen een toekomst? In welke mate kan de uitstoot van broeikasgassen bij de productie van batterijen worden gereduceerd? Wat is het potentieel van lithium-zwavelbatterijen?
• Je kan de duurzaamheid van een batterij koppelen aan een levenscyclusanalyse ervan (mijnbouw, raffinage, productie, transport, gebruik, afvalinzameling en -verwerking).
• Je kan aandacht besteden aan circulaire ontwerpmogelijkheden van duurzame batterijen (refurbishing) om de levensduur ervan te verlengen.
• Je kan aandacht besteden aan ‘urban mining’ bij de recyclage van schaarse grondstoffen.
• Hoe verhouden die bronnen zich tot elkaar en tot de onderzoeksvraag?
• Welke zijn de belangrijkste bevindingen en argumenten?
• Welke zijn de sterke en zwakke punten van de betrokken batterijconcepten en productiemethoden?
• Je kan aandacht besteden aan het vermelden van cruciale ontwikkelingen of testresultaten.
• Je kan aandacht besteden aan correct refereren naar de geraadpleegde bronnen.
• Je kan aandacht besteden aan een specifieke structuur bij het literatuuronderzoek: bronnen chronologisch volgens hun publicatie, vanuit opeenvolgende theoretische ontwikkelingen of vanuit experimentele waarnemingen. Je kan ook leerlingen laten kiezen voor een thematische ordening (bv. type batterij of soort grondstof).
• Je kan het onderzoek klassikaal voeren waarbij elke leerling dezelfde opdracht krijgt.
  Je kan het onderzoek opsplitsen in meerdere deelopdrachten en toewijzen aan individuele leerlingen of groepjes van leerlingen.
  Je kan deelresultaten tussentijds laten terugkoppelen naar de groep en van daaruit het onderzoek bijsturen.
  Je kan binnen de klas verschillende onderzoeken laten uitvoeren door de individuele leerling of in groepjes.
• Je kan het onderzoek spreiden over de graad.
  Je kan kiezen voor een jaaronderzoek, een trimesteronderzoek …
  Je kan binnen het jaaronderzoek een aantal onderzoekscycli doorlopen en binnen hetzelfde onderzoek itereren waarbij de focus ligt op het bijsturen van het onderzoeksproces eerder dan het resultaat. Dat kan door binnen een cyclus de focus te leggen op bepaalde deelaspecten van de onderzoeksmethodiek.

Conclusie, rapportering

• De leerlingen vatten samen welke methoden van ertsenwinning het meest geschikt is voor de ontwikkeling van duurzame batterijen voor elektrische voertuigen. Ze geven aan hoe de geraadpleegde bronnen zich tegenover elkaar verhouden en identificeren eventuele patronen, thema’s, conflicten en hiaten.
• Ook de gebruikte methoden om de beschreven productiemethoden en batterijconcepten te testen kunnen worden geschetst.
• Als conclusie kun je de belangrijkste bevindingen laten samenvatten.
• Je kan leerlingen laten reflecteren over het verloop van het literatuuronderzoek in relatie tot de verkregen inzichten en mogelijkheden voor verder onderzoek.