Alors que certains des plus grands constructeurs automobiles du monde ont annoncé leur intention d'éliminer totalement les véhicules à essence et à diesel d'ici une quinzaine d'années, les véhicules électriques (VE) ne sont plus un rêve d'avenir.
Aux États-Unis, General Motors a déclaré son intention de ne vendre que des VE d'ici à 2035, tandis que la croissance mondiale des ventes de VE et la promesse du président Biden d'atteindre un taux d'électrification de 50 % d'ici à 2030 prouvent que l'adoption des VE est enfin en train de se généraliser.
Cette croissance rapide et l'abandon de la dépendance à l'égard des combustibles fossiles sont généralement considérés comme des éléments positifs, mais ce n'est pas la fin de l'histoire. préoccupations sociales et environnementales sur la manière de se débarrasser des batteries au lithium qui alimentent généralement les VE sont désormais connues.
Le problème des batteries de voiture au lithium est double. Tout d'abord, le niveau d'extraction de matières premières vierges nécessaire à leur fabrication suscite de vives inquiétudes. Cette dépendance à l'égard des métaux et des minéraux, qui sont à la base de cette technologie, pose d'importants problèmes environnementaux et sociaux. Toutefois, des efforts accrus sont actuellement déployés pour réduire cette dépendance grâce au développement de nouvelles technologies.
L'autre problème est, bien sûr, de savoir comment se débarrasser des batteries de voiture au lithium une fois qu'elles ont atteint la fin de leur vie utile - un problème aggravé par les types de matériaux utilisés lors de la fabrication. Aujourd'hui, il est possible de recycler les batteries de voiture au lithium, ce qui est la meilleure façon de minimiser l'extraction de nouvelles matières premières, mais elles ne sont pas aussi faciles à recycler que les batteries au plomb-acide plus conventionnelles que l'on trouve habituellement dans les voitures.
Cela signifie que les régulateurs, les fabricants et les autres acteurs de l'industrie tentent maintenant de trouver les meilleurs moyens de maximiser l'efficacité du recyclage des batteries de voiture au lithium. Cependant, il existe de nombreux obstacles à un recyclage efficace des batteries de voiture au lithium, dont certains sont examinés ici.
Comment fonctionnent les batteries automobiles au lithium ?
La plupart des véhicules électriques fonctionnent avec des batteries lithium-ion. Chaque cellule d'une batterie au lithium produit de l'électricité lorsque ses ions lithium se déplacent d'un côté (l'anode) à l'autre (la cathode) en passant par un électrolyte. Le lithium contenu dans l'anode est bon marché et omniprésent, même si son extraction n'est pas sans poser de problèmes. En revanche, la cathode contient des métaux précieux tels que le nickel, le manganèse et le cobalt, dont dépendent fortement les performances de la batterie.
C'est l'extraction de ces métaux précieux qui a le plus d'impact environnemental et social, par exemple en alimentant les conflits et le travail des enfants dans les pays riches en métaux comme les États-Unis. République démocratique du Congooù sont exploités près des deux tiers des mines de cobalt du monde.
En raison de ces préoccupations, les chercheurs se sont attachés à trouver des moyens d'éliminer progressivement l'utilisation du cobalt dans les batteries au lithium. La start-up TexPower, aux États-Unis, a trouvé un moyen efficace d'éliminer le cobalt sans compromettre l'efficacité, tandis que le pionnier des VE, Tesla, prévoit d'arrêter complètement d'utiliser le cobalt au cours des prochaines années.
Mais si l'évolution des matières premières rend la fabrication des batteries lithium-ion plus durable, l'impact sur le recyclage est moins évident.
Les batteries automobiles au lithium sont-elles recyclables ?
Bien que les batteries automobiles au lithium soient recyclables, il s'agit d'un processus coûteux et gourmand en énergie. La composition modulaire des cellules d'une batterie constitue un inconvénient majeur. Les cellules sont soudées et collées les unes aux autres avec une telle solidité que leur démantèlement nécessite beaucoup d'énergie humaine ou mécanique et émet des gaz à effet de serre.
Le plus souvent, les piles au lithium sont recyclées dans de grandes usines par un processus consistant à déchiqueter la pile entière pour la réduire en poudre. Cette poudre est ensuite fondue (pyrométallurgie) ou dissoute dans de l'acide (hydrométallurgie), ce qui permet d'extraire les différents éléments en vue de leur revente.
L'un des problèmes de ce processus est que lorsque l'on retire de la batterie les métaux rares et coûteux comme le cobalt, l'industrie du recyclage se retrouve avec un produit de moindre valeur à revendre. Le lithium est si bon marché à extraire qu'il n'y a aucune raison de recycler le lithium contenu dans les batteries de voiture. Paradoxalement, l'élimination d'éléments controversés comme le cobalt de la batterie rend le processus moins intéressant pour les entreprises qui recyclent les batteries de voiture au lithium.
Quelles sont les solutions pour le recyclage des batteries de voiture au lithium ?
Si le recyclage des batteries de voiture au lithium n'est pas encore rentable, cela ne signifie pas qu'il ne le sera pas à mesure que l'industrie se développera, mais pour y parvenir, la technologie de recyclage et les batteries elles-mêmes doivent continuer à se développer. C'est là que l'incitation joue un rôle.
Source : nature.com
Le concept de responsabilité élargie du producteur, selon lequel un fabricant est considéré comme responsable de l'impact de son produit tout au long de son cycle de vie, a joué un rôle clé dans les progrès réalisés dans cette direction. En Chine, où se trouve une grande partie de la production mondiale de batteries, l'État a pris des mesures pour rendre aux fabricants la responsabilité de l'élimination des batteries de voiture au lithium. Les fabricants chinois de batteries disposent désormais d'incitations financières et réglementaires claires pour s'approvisionner en matériaux recyclés plutôt qu'en matériaux neufs.
En outre, ces mesures ont contraint les fabricants à trouver des moyens de concevoir des batteries qui rendent le processus de recyclage plus efficace à l'autre extrémité. Une entreprise chinoise, BYD, a commencé à développer un nouveau type de batterie, la lame, qui s'éloigne de la construction modulaire d'une batterie plate et crée un produit dépourvu des colles et adhésifs qui ont rendu le démontage difficile dans le passé. Ici, la cellule peut être simplement retirée à la main, ce qui permet d'économiser du temps et de l'énergie dans le processus de recyclage.
Aux États-Unis, le gouvernement a également agi en injectant 15 millions de dollars dans ReCell, une initiative composée d'acteurs de l'industrie et de chercheurs, afin de mettre au point de nouvelles méthodes de recyclage des piles. Au Royaume-Uni, une initiative similaire, multi-institutionnelle, appelée ReLib, a reçu un soutien gouvernemental substantiel dans le même but. Toutes deux se concentrent sur les moyens de préserver la cathode dans le processus de recyclage. En effet, la valeur réelle d'une batterie est accumulée dans les éléments bruts et l'expertise qui composent la cathode. Il est beaucoup plus rentable de revendre ces éléments intacts que de les réduire en éléments.
Source : nature.com
Mais même s'il est possible d'extraire la cathode sans déchiqueter l'ensemble de la batterie, le déploiement de cette technique se heurte encore à des obstacles. L'un d'eux est simplement le coût du transport des piles vers les usines de recyclage, et un autre est que les usines de recyclage peuvent recevoir des cathodes de composition très différente, dont certaines peuvent être trop difficiles à séparer. Il est important que les régulateurs obligent les fabricants à détailler le contenu d'une cathode sur l'extérieur de la batterie.
Dans une perspective à plus long terme, bien que nous utilisions aujourd'hui des matériaux recyclés pour les batteries, il est très difficile de savoir quelle sera l'utilité du stock actuel d'unités de lithium lorsqu'elles arriveront en fin de vie. Dans 15 ans, lorsque les voitures d'aujourd'hui partiront à la casse, les matériaux nécessaires à la fabrication de cathodes neuves pourraient être très différents de ceux d'aujourd'hui.
Cependant, malgré ces obstacles, les chercheurs ne considèrent pas la croissance massive des VE comme un problème, mais plutôt comme une opportunité, et cette croissance apportera à l'industrie du recyclage des batteries de voiture au lithium les économies d'échelle et la rentabilité nécessaires pour la rendre viable. Par exemple, bien que la valeur de rebut du plomb soit encore plus faible que celle du lithium, il existe une industrie de recyclage viable pour les batteries de voiture traditionnelles en raison de l'ampleur de leur utilisation, et comme les batteries actuelles des VE survivront aux voitures dans lesquelles elles sont logées, elles seront probablement utilisées dans d'autres applications.
L'Association internationale de l'énergie place les véhicules électriques au cœur de son projet d'émissions nettes nulles d'ici à 2050, ce qui laisse entendre qu'ils sont là pour durer. Même si le recyclage des batteries de voiture au lithium ne suffira pas à lui seul à satisfaire la demande de matières premières pour la fabrication de nouvelles batteries, l'industrie peut continuer à réduire son impact environnemental et social grâce à une action concertée de l'État et de l'industrie.
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