Alors que les véhicules électriques décollent, nous devrons recycler leurs batteries

Lorsque Ford a dévoilé le F-150 Lightning la semaine dernière, une version tout électrique du véhicule le plus vendu aux États-Unis— ce fut un grand moment dans la courte histoire des voitures électriques. Les 530 chevaux, 6 500 livres le prix de la vignette du camion d’un peu moins de 40 000 $ (32 474 $ avec un crédit d’impôt fédéral) fait des comparaisons au modèle T de Ford, le véhicule crédité de rendre les voitures accessibles à la classe moyenne. Au cours des 48 premières heures suivant le lancement du géant alimenté par batterie, Ford a reçu près de 45 000 précommandes pour cela, équivalent à près de 20 % de tous les véhicules électriques enregistré aux États-Unis l’année dernière.

Le F-150 Lightning, ainsi que le des centaines des autres modèles de véhicules électriques les plus grands constructeurs automobiles seront déployés au cours des prochaines années, ce qui indique que la révolution des véhicules électriques est enfin en train de se généraliser. Mais au fur et à mesure que cette industrie, clé de la lutte contre le changement climatique, arrive à maturité, un nouveau défi émerge : comment acquérir tous les minéraux nécessaires à la fabrication des batteries de VE.

Le lithium, le nickel, le cobalt et le cuivre à l’intérieur de ces batteries ont tous été, à un moment donné, extraits de la terre. Aujourd’hui, une grande partie de cette exploitation minière est concentrée dans des endroits comme la Russie, l’Indonésie et la République démocratique du Congo, des endroits où la surveillance environnementale est souvent médiocre, les normes du travail souvent laxistes et l’industrie minière a l’habitude d’alimenter les conflits avec les communautés locales. Avec le nombre de VE sur les routes devrait augmenter de 10 millions en 2020 à plus de 145 millions d’ici 2030, la demande de minéraux pour batteries est prêt à monter. Certaines industries chiens de garde avertir que le boom du transport en commun propre pourrait alimenter un boom minier sale.

Pour réduire le besoin de nouvelles exploitations minières, les experts disent que nous allons devoir nous améliorer beaucoup plus dans le recyclage des batteries de véhicules électriques lorsqu’elles meurent. Alors que seul un petit nombre de batteries de véhicules électriques ont déjà vieilli dans la rue, millions de tonnes des batteries devraient être mises hors service au cours des prochaines décennies. Ces batteries pourraient fournir une fraction importante de la future demande minérale de l’industrie des véhicules électriques, mais de meilleures méthodes de recyclage et des politiques gouvernementales pour les soutenir sont nécessaires pour garantir que les batteries ne se retrouvent pas dans les décharges.

« La façon dont cela a été inversé est : « Nous allons devoir faire face à ces problèmes climatiques, développons de nouvelles mines, extrayons cela le plus rapidement possible », a déclaré Payal Sampat, directeur des programmes miniers à la Terrassement environnemental à but non lucratif. «Et c’est certainement la façon dont fonctionne la planification à court terme. Mais nous devons trouver des solutions réfléchies à ce problème qui est un problème à très long terme. »

Casser une batterie

Les batteries de véhicules électriques sont des éléments technologiques complexes, mais à un niveau de base ils ne sont pas sans rappeler la batterie lithium-ion à l’intérieur de votre téléphone. Les cellules de batterie individuelles se composent d’une cathode métallique (faite de lithium avec un mélange d’autres éléments pouvant inclure du cobalt, du nickel, du manganèse et du fer), une anode en graphite, un séparateur et un électrolyte liquide généralement composé d’un sel de lithium. Lorsque les ions lithium chargés circulent de l’anode à la cathode, un courant électrique est généré.

Une seule de ces batteries suffit à alimenter un téléphone. Pour faire fonctionner une voiture, des milliers de cellules doivent être regroupées, généralement dans une série de modules qui sont câblés ensemble dans des blocs-batteries et logés dans un boîtier métallique de protection. Au total, ces sandwichs électrochimiques géants peuvent peser jusqu’à mille livres chacun (la batterie F150-Lightning pèserait plus près de 2 000 livres).

La plupart des matériaux précieux que les recycleurs veulent extraire se trouvent dans des cellules de batterie individuelles. Mais les batteries EV sont conçues pour résister de nombreuses années et des milliers de kilomètres d’utilisation, à ne pas déconstruire en leurs composants. «Pour toutes sortes de très bonnes raisons auxquelles vous pouvez penser, vous ne voulez pas qu’elles se désagrègent d’un seul coup», explique Paul Andersen, chercheur principal pour la réutilisation et le recyclage des batteries au lithium-ion de l’institution Faraday ( ReLib) à l’Université de Birmingham au Royaume-Uni

En partie à cause du coût et de la complexité du démontage de la batterie EV, les méthodes de recyclage sont assez grossiers. Une fois la batterie déchargée et le boîtier extérieur résistant retiré, les modules sont souvent déchiquetés et jetés dans un four. Des matériaux plus légers comme le lithium et le manganèse brûlent, laissant derrière eux une boue d’alliage qui contient des métaux de plus grande valeur comme le cuivre, le nickel et le cobalt. Les métaux individuels peuvent ensuite être purifiés de cet alliage à l’aide d’acides forts. Ces procédés, connus sous le nom de récupération pyro- et hydrométallurgique, nécessitent de grandes quantités d’énergie et produisent des gaz toxiques et des déchets qui doivent être récupérés.

Alors que le cobalt et le nickel sont souvent récupérés à des taux élevés, dans la plupart des cas, le lithium n’est pas assez précieux pour que les recycleurs tentent de le recycler. Si le lithium est récupéré, il n’est souvent pas d’une qualité adaptée à la fabrication de nouvelles batteries.

À l’avenir, il pourrait y avoir une option plus propre et plus efficace : recycler directement, ou séparer le matériau de la cathode des cellules de batterie individuelles et réhabiliter les mélanges de produits chimiques à l’intérieur, y compris en rajoutant du lithium qui a été épuisé par l’utilisation, au lieu d’extraire métaux individuels du mélange. Bien que les méthodes de recyclage direct en soient encore à un stade précoce de développement, cette approche pourrait un jour permettre aux recycleurs de récupérer une plus grande partie des matériaux contenus dans les batteries et d’obtenir un produit final de plus grande valeur, selon Gavin Harper, chercheur à l’Institution Faraday.

« Vous avez de la valeur dans les matières premières, mais il y a tellement plus de valeur dans la façon dont ces matériaux sont combinés », dit Harper. « Ce serait le genre de Saint Graal du recyclage –essayer de conserver la valeur qui est dans la structure, pas seulement dans les matériaux. « 

Faire évoluer une industrie

L’Agence internationale de l’énergie (AIE) estimations que le monde dispose actuellement d’une capacité suffisante pour recycler 180 000 tonnes métriques de batteries de VE mortes par an. A titre de comparaison, tous les VE mis en circulation en 2019 générer finalement 500 000 tonnes de déchets de batteries.

Et cela ne fait qu’un an. D’ici 2040, l’AIE estime qu’il pourrait y avoir 1 300 gigawattheures de batteries usagées à recycler. Pour mettre cela en termes de masse, Harper note qu’une batterie de 80 kilowattheures d’un Tesla Model 3 pèse un peu plus de mille livres. Si toutes ces batteries mortes provenaient de Tesla Model 3, cette quantité de capacité de stockage de batterie épuisée se traduit par près de 8 millions de tonnes métriques de déchets de batterie, ce qui, note Harper, représente 1,3 fois la masse de la Grande Pyramide de Gizeh.

Si le recyclage peut être intensifié, ces déchets pourraient être une source importante de minéraux. Dans un scénario de développement durable où le marché des véhicules électriques se développe à un rythme compatible avec la limitation du réchauffement climatique à moins de 3,6 degrés Fahrenheit (2 degrés Celsius), l’AIE estime que le recyclage pourrait répondre jusqu’à 12 % de la demande en minéraux de l’industrie des véhicules électriques d’ici 2040. Mais si le même scénario climatique est associé à un ensemble d’hypothèses de recyclage plus optimistes, le recyclage pourrait jouer un rôle beaucoup plus important.

Une récente rapport commandé par Earthworks a constaté que si nous supposons que 100 % des batteries de VE mortes sont collectées pour le recyclage et les taux de récupération des minéraux, en particulier pour le lithium, le recyclage pourrait répondre jusqu’à 25 % de la demande de lithium de l’industrie des VE et 35 % de ses besoins en cobalt et nickel d’ici 2040.

Ces estimations ne sont « pas conçues comme une tentative de prédire l’avenir », co-auteur du rapport Nicolas Florin, un directeur de recherche à l’Université de technologie de Sydney, a écrit dans un e-mail. « Nous présentons un avenir possible pour explorer l’importance du recyclage en tant que stratégie clé pour compenser une demande de nouvelle exploitation minière. »

Afin de libérer ce potentiel, Florin et ses co-auteurs soulignent la nécessité de politiques gouvernementales solides pour soutenir le recyclage des batteries de véhicules électriques. Celles-ci pourraient inclure des normes concernant la conception des batteries qui permettraient aux recycleurs de les démonter plus facilement, des programmes de reprise des batteries, des lois interdisant la mise en décharge et des réglementations facilitant le transport des déchets de batteries dangereux entre les juridictions pour le recyclage.

L’Union européenne déjà régule Élimination des batteries de véhicules électriques dans le cadre d’un programme de « responsabilité élargie du producteur » et est actuellement mise à jour ses règlements pour fixer des objectifs spécifiques pour la récupération des minéraux. Mais seuls trois États américains ont des exigences de responsabilité élargie des producteurs qui obligent les fabricants de batteries lithium-ion à traiter leurs déchets.

« Faire peser la responsabilité de s’assurer que les batteries sont récupérées en fin de vie à l’opérateur qui place [them] sur le marché est une solution politique très claire », déclare Benjamin Hitchcock Auciello, coordinateur du programme d’Earthworks pour une énergie propre propre, juste et équitable.

Le recyclage ne sera pas suffisant pour répondre à la totalité, voire à la plupart, de notre demande de métaux pour batteries alors que l’industrie entre dans une phase de croissance rapide. Thea Riofrancos, politologue au Providence College de Rhode Island qui étudie l’extraction des ressources et les technologies vertes, considère le recyclage comme «une stratégie parmi une multitude de stratégies» pour réduire la demande de nouvelles exploitations minières. D’autres approches pourraient inclure le développement de nouvelles batteries qui utilisent moins de minéraux et l’amélioration des transports en commun et la construction de villes piétonnes et cyclables pour réduire la demande globale de véhicules privés.

Pourtant, même si le recyclage ne répond qu’à un quart à un tiers de notre demande de minéraux pour batteries au cours des prochaines décennies, Riofrancos dit qu’il s’agit d’un domaine important sur lequel se concentrer car il nous aide à « repenser notre relation avec la technologie ».

« Le recyclage nous fait penser qu’il y a des limites biophysiques », dit Riofrancos. « Ce sont des ressources non renouvelables, en fin de compte. Traitons-les comme des choses dont nous voulons tirer le meilleur parti possible plutôt que comme quelque chose que nous arrachons à la terre puis jetons. »