Que se passera-t-il lorsque des millions de batteries de voitures électriques seront épuisées ?

Apr 27, 2023

Le marché des voitures électriques est en plein essor pendant la campagne mondiale concertée visant à réduire les émissions sur la voie d'un avenir net zéro.

Les ventes de véhicules électriques ont augmenté de 60 % l'an dernier, dépassant pour la première fois la barre des 10 millions, selon les chiffres du Forum économique mondial.

Pas plus tard qu'en 2017, les véhicules électriques ne représentaient qu'une voiture neuve sur 70 vendues, mais en 2022, ils représentaient une vente sur sept de ce type.

L'essor du véhicule électrique ne montre aucun signe de ralentissement, mais sa popularité pourrait-elle s'avérer problématique pour l'environnement ?

Un défi créé par le passage à l'électrique est de savoir comment gérer les batteries usées qui alimentent les véhicules électriques. Les estimations suggèrent que des millions de tonnes de batteries arriveront en fin de vie dans les seules années 2020.

Lorsque la durée de vie d'environ 10 ans d'une batterie est atteinte, elle sera idéalement utilisée pour le stockage d'énergie stationnaire, comme dans les maisons ou comme secours pour améliorer la stabilité des réseaux électriques, avant d'être éventuellement recyclée.

L'envoi de batteries à la décharge serait un gaspillage et serait nocif pour l'environnement, tandis que l'extraction de certains matériaux est associée à des préoccupations environnementales et de droits de l'homme, ce qui rend le recyclage pour permettre la réutilisation particulièrement important.

En décembre, dans une démarche qui pourrait être reproduite ailleurs, l'UE a adopté une législation obligeant les constructeurs automobiles à recycler les batteries usagées et à récupérer une proportion minimale des matériaux.

De nombreux groupes de recherche universitaires et entreprises en démarrage développent de meilleures façons d'extraire ces substances précieuses pour permettre leur réutilisation dans de nouvelles batteries.

Le Dr Sebastian Leaper, directeur général de Watercycle Technologies, au centre, et le Dr Ahmed Abdelkarim, son directeur de la technologie, à droite, avec les membres de l'équipe du laboratoire. Photo : Technologies du cycle de l'eau

Parmi eux se trouve Watercycle Technologies, qui a été fondée en 2020 et issue de l'Université de Manchester au Royaume-Uni.

Selon le Dr Sebastian Leaper, son directeur général, sans recyclage efficace des matériaux, le secteur "deviendrait tout simplement redevable à la disponibilité des ressources naturelles".

"Ce que la durabilité, ce que le zéro net représente en quelque sorte, c'est la libération des chaînes de la rareté des ressources, sur lesquelles reposent les économies de combustibles fossiles", déclare le Dr Leaper, qui vient du Royaume-Uni.

"Vous devez avoir une économie circulaire dans laquelle tous ces métaux sont recyclés pour qu'elle soit durable."

Comparés à de nombreux autres matériaux, les métaux sont idéaux pour le recyclage car, en théorie, ils peuvent être recyclés à l'infini. Le papier, en revanche, ne peut être recyclé qu'environ sept fois, car les fibres se raccourcissent et s'affaiblissent.

Pourtant, extraire et purifier les métaux des batteries EV n'est pas facile, car souvent les cellules doivent être déchiquetées, créant une substance appelée masse noire, un mélange d'éléments tels que le graphite, le nickel, le manganèse, le cobalt et le lithium.

Souvent, la masse noire est principalement utilisée pour l'extraction du nickel et du cobalt, deux métaux de grande valeur.

Le lithium est au cœur du fonctionnement des batteries lithium-ion et, à mesure que la demande de batteries a augmenté, le prix a également augmenté, qui a quadruplé en 2021. Dans cette optique, explique le Dr Leaper, la technologie de recyclage s'est également davantage orientée vers l'extraction du lithium.

Watercycle Technologies s'est efforcé d'aller plus loin en extrayant du carbonate de lithium de qualité commerciale des batteries usagées, en extrayant également du graphite pur, qui peut également être réutilisé.

Une forme de carbone, le graphite a une valeur beaucoup plus faible que le lithium, mais est utilisé en quantités beaucoup plus importantes, étant le plus grand constituant de certaines batteries de VE, de sorte que la valeur des deux substances par batterie est presque la même.

L'entreprise a développé sa technologie en partenariat avec une firme appelée RSBruce à Sheffield, à l'est de Manchester.

Il existe différentes approches pour extraire les substances contenues dans les batteries de véhicules électriques usagées. L'une, dite pyrométallurgique, utilise les méthodes de la pyrométallurgie, où les matériaux sont chauffés à des températures extrêmes, ce qui permet de les séparer car ils ont des points de fusion différents.

Conformément à son nom, Watercycle Technologies adopte cependant une approche hydrométallurgique, dans laquelle l'eau et divers réactifs séparent chimiquement les composants. Contrairement à d'autres méthodes, on dit que la technologie ne produit pas d'eaux usées contaminées.

La société affirme que sa méthode peut être utilisée avec des batteries basées sur différents types de chimie. Certaines sont des batteries au lithium-nickel-manganèse-oxyde de cobalt, abrégées en NMC. Un autre type de batterie clé est le lithium-fer-phosphate ou LFP (le F vient du symbole chimique du fer Fe), qui ont une densité de puissance plus faible mais sont moins chers.

"NMC en termes de performances est toujours supérieur, mais LFP se développe rapidement, en particulier en Chine. Vous avez un peu moins de kilométrage dans votre voiture, mais ils durent plus longtemps et ils sont moins chers à produire", explique le Dr Leaper.

Watercycle Technologies affirme que sa technologie est applicable à une large gamme de types de batteries.

"Avoir des mélanges permet aux recycleurs de collecter les batteries à différents endroits et de ne pas trop se soucier de la séparation en amont. Nous utiliserions une technique similaire pour traiter ces différentes batteries", explique le Dr Leaper.

Les processus de recyclage des batteries plomb-acide du type généralement utilisé dans les véhicules à essence ou diesel peuvent récupérer environ 98 % des matériaux. Pour les batteries de véhicules électriques, les taux de recyclage du lithium sont d'environ 70 %, une amélioration substantielle peut donc être possible.

"Nous pensons que le taux de récupération du lithium sera bien supérieur à 70 %", déclare le Dr Ahmed Abdelkarim, directeur de la technologie de Watercycle Technologies, originaire d'Égypte.

Selon le professeur Karl Ryder, de l'Université de Leicester au Royaume-Uni, les batteries de voiture ont de plus en plus tendance à être conçues pour le recyclage. Lui et ses collègues participent à des travaux pour faciliter l'extraction des matériaux.

Certaines façons, dit-il, impliquent de démonter les cellules plutôt que de les déchiqueter pour produire une masse noire.

"Il est plus élégant sur le plan technologique et, à long terme, plus durable sur le plan économique d'essayer de séparer les matériaux précieux à la source plutôt que de les déchiqueter", dit-il.

"La façon intelligente d'essayer de concevoir de manière à disposer d'un processus de démontage qui vous permet de récupérer les matériaux des composants."

Cela peut impliquer de créer des adhésifs, par exemple, qui permettent un démontage facile. Ces considérations reflètent une tendance plus large dans l'industrie automobile, poussée par la législation, à rendre les véhicules dans leur ensemble plus recyclables.

La rationalisation des processus de recyclage peut être compliquée par la façon dont les batteries varient d'un constructeur automobile à l'autre.

"Chaque fabricant a une forme différente, ce qui rend difficile la conception d'un processus générique", dit-il. "[Aussi] de nombreux matériaux ont été développés et optimisés sans penser à la manière dont ils seront récupérés."

Pendant ce temps, à un moment où le nombre de batteries EV usagées est sur le point d'augmenter, Watercycle Technologies cherche à commercialiser sa technologie, éventuellement par le biais d'un partenariat avec un grand constructeur automobile, qui pourrait voir l'entreprise créer une usine de recyclage de batteries.

Selon le Dr Leaper, le processus de l'entreprise s'est avéré efficace lorsque des kilogrammes de matériau sont traités par jour, mais il doit être accéléré.

"Le processus est fondamentalement évolutif… mais nous devons passer à l'étape pilote pour le faire sur une longue période à l'échelle des tonnes par jour pour ensuite valider la technologie et tester les matériaux qui sont produits - la qualité du graphite et lithium, etc. », dit-il.

"Si cette version est commercialement viable, cela pourrait prendre quelques mois pour passer de là à un système à l'échelle commerciale."