Pour éviter une crise de batterie, nous devrions être plus nombreux

Les véhicules électriques sont meilleurs que les voitures à combustibles fossiles, mais il n'est pas durable pour tout le monde de posséder son propre VUS électrique

Université norvégienne des sciences et technologies

image: Les chercheurs disent que nous devrions être plus nombreux à partager des voitures, de préférence des voitures plus petites et électriques, comme ces Nissan Leafs, illustrées ici en train de charger devant l'hôpital St. Olavs à Trondheim, en Norvège.Voir plus

Crédit : Photo : Nancy Bazilchuk, NTNU

La plupart des scénarios mondiaux et des objectifs gouvernementaux de décarbonation du secteur des transports considèrent les véhicules électriques à batterie comme un élément principal de la solution. D'énormes quantités de matières premières sont nécessaires pour construire suffisamment de batteries et assurer une transition vers des véhicules à faibles émissions.

L'accès au lithium est essentiel, car il est utilisé dans tous les types de batteries de véhicules électriques.

"Il semble très probable que nous aurons une pénurie. La clé réside dans la demande. La demande doit diminuer pour éviter les problèmes d'approvisionnement à long terme", déclare Fernando Aguilar Lopez, doctorant à l'Université norvégienne des sciences et technologies ( NTNU) Département d'énergie et de génie des procédés.

Il existe d'énormes gisements de cette substance ultra-légère d'un blanc argenté dans le monde entier. Le problème est qu'il n'est pas exploité assez rapidement pour répondre à la demande de batteries lithium-ion (LIB) pour les véhicules électriques.

En conséquence, nous pourrions être confrontés à des goulots d'étranglement d'approvisionnement qui pourraient durer des décennies.

Fernando Aguilar Lopez est un expert dans l'analyse des flux mondiaux de matières. Cela signifie qu'il étudie les cycles des matières premières, de l'extraction à la production, à l'utilisation et à la mise au rebut. Lui, le postdoc Romain Billy et le professeur Daniel B. Müller ont développé un modèle d'analyse des flux de matières nommé MATILDA (MATerIaL Demand and Availability). Le modèle a été récemment présenté dans la revue "Resources, Conservation & Recycling".

L'étude examine les stratégies de gestion de l'utilisation des ressources dans les batteries de véhicules électriques. MATILDA aide à mieux comprendre les facteurs critiques affectant l'approvisionnement en ressources. En outre, le modèle calcule comment diverses interventions pourraient atténuer la demande.

"La société a un besoin urgent d'approches systémiques pour résoudre les problèmes d'approvisionnement", a déclaré Müller.

MATILDA est le modèle le plus complet à ce jour pour les matières premières des batteries du parc automobile mondial. Des outils comme celui-ci peuvent jouer un rôle crucial pour l'industrie et les décideurs politiques afin de développer des stratégies pour garantir des chaînes d'approvisionnement en matières premières critiques sûres et résilientes, a déclaré Müller.

Les chercheurs du NTNU ont exploré plus de 8 000 scénarios pour comprendre les principaux moteurs de l'utilisation des matériaux.

Vous lisez ceci sur votre ordinateur portable et souhaitez explorer les détails ? Découvrez l'outil de visualisation interactif de BATMAN, où vous pouvez créer votre propre scénario et vérifier l'utilisation des ressources pour les neuf matériaux étudiés par les chercheurs. http://129.241.153.168:8051/

Cette évaluation a montré que des changements sociaux et de mode de vie profonds sont les mesures les plus efficaces pour réduire les risques d'approvisionnement en matières.

Pour éviter une demande excessive de métaux uniques, nous avons besoin d'investissements dans une gamme plus large de nouvelles technologies de batteries, ont déclaré les chercheurs.

Nous n'avons pas non plus besoin de voitures électriques plus grandes et plus lourdes. Au contraire, nous devrions être plus nombreux à partager des voitures plus petites avec de petites batteries.

"Prolonger la durée de vie des véhicules et des batteries en facilitant la réutilisation et le remplacement sera également crucial pour réduire la demande de matières premières", déclare Aguilar Lopez.

La réduction de la demande pour certains matériaux pourrait accroître la pression sur d'autres. MATILDA montre ce qui se passe lorsque ce type de déplacement de problème se produit avec le cobalt, le nickel et le lithium. Le modèle propose également des solutions alternatives.

Les chercheurs affirment que le déplacement des problèmes peut être critique si l'industrie se tourne collectivement vers une nouvelle technologie à un moment précis. Un exemple est la tendance actuelle vers les batteries au lithium fer phosphate (LFP).

En 2021, des constructeurs comme VW, Volvo et Tesla ont annoncé leur intention d'adopter la LFP. Ces batteries sont exemptes de substances problématiques et coûteuses telles que le cobalt et le nickel.

L'inconvénient est qu'ils nécessitent beaucoup de phosphore, une matière première essentielle pour l'industrie des engrais. Ainsi, une augmentation de la demande pourrait être sensible aux chocs de prix, affectant potentiellement les petits agriculteurs et menaçant les prix des denrées alimentaires.

Une autre conclusion de l'étude NTNU est que bien que nécessaire, le recyclage ne réduira pas de manière significative la pression sur les matières premières au cours de la prochaine décennie. Nos véhicules électriques sont encore raisonnablement neufs, et pas assez d'entre eux seront mis au rebut pour être recyclés avant 10 à 15 ans.

Cependant, MATILDA montre que la demande primaire peut être réduite en améliorant l'efficacité du recyclage du lithium, de l'aluminium, du manganèse et du phosphore. Ces matériaux ne sont actuellement pas rentables à recycler et ne sont pas inclus dans les dernières réglementations européennes sur les batteries.

Sans incitations à récupérer ces matériaux, ils risquent d'être perdus dans l'environnement, a déclaré Aguilar Lopez.

Il ajoute qu'un problème clé est que les réglementations européennes proposées ne ciblent que l'offre, mais pas la demande. Cela signifie que les changements indispensables ne sont pas activement encouragés.

La moitié des ventes de voitures neuves aux États-Unis devraient être électriques d'ici 2030. C'est également l'objectif d'un récent décret émis par le président américain Joe Biden. Dans l'UE, toutes les ventes de voitures neuves doivent être électriques d'ici 2035.

Plusieurs constructeurs automobiles ont déclaré qu'ils seraient en mesure de faire la transition plusieurs années avant cette échéance.

Cela signifie que si nous ne prenons pas rapidement des mesures pour augmenter la production de matériaux de batterie, nous nous dirigerons à toute vitesse vers le goulot d'étranglement de l'approvisionnement.

Selon ce rapport de projet sur le climat et la communauté, la capacité moyenne de la batterie aux États-Unis a presque triplé depuis que la première Nissan Leaf a pris la route il y a dix ans.

"Nous conduisons des voitures toujours plus grandes et plus lourdes avec des batteries massives. En même temps, nous n'utilisons activement ces véhicules qu'environ cinq pour cent du temps. Le reste du temps, il est garé. Seuls quelques-uns d'entre nous conduisent plus loin plus de 45 kilomètres par jour", a déclaré Aguilar Lopez.

Il voit beaucoup d'indicateurs indiquant que moins de personnes ont besoin de posséder leur propre voiture et que plus d'entre nous pourraient être d'accord avec le partage de véhicules plus petits et plus légers. En d'autres termes, nous avons besoin de plus de batteries de type Nissan Leaf de 30 à 40 kwh au lieu des batteries de 60 à 100 kwh que l'on trouve dans la plupart des Tesla et des SUV.

"Les politiciens norvégiens ont choisi de ne plus subventionner les voitures électriques les plus grandes et les plus chères. C'est un exemple d'une mesure puissante qui favorise indirectement les petites voitures", a-t-il déclaré.

Le chercheur estime que des initiatives comme celle-ci sont essentielles et peuvent inspirer à la fois les pays individuels et l'UE.

Les analyses montrent que le monde a besoin de plus de 300 nouvelles mines de lithium d'ici 2035 pour répondre à la demande. Les prix ont augmenté de plusieurs centaines de pour cent en quelques années. L'extraction suscite un grand intérêt, mais des conflits ont éclaté au sujet de nouvelles mines dans un certain nombre d'endroits.

La plus récente mine de lithium d'Europe a ouvert il y a environ 10 ans. Certains rapports indiquent qu'il peut falloir jusqu'à 20 ans pour qu'un nouveau soit opérationnel. De nombreuses initiatives échouent et sont fermées.

"Idéalement, nous aurions dû commencer à nous préparer à cette situation il y a 20 ans", a déclaré Aguilar Lopez.

Comme si cela ne suffisait pas, la nouvelle étude NTNU ne considère que la consommation de ressources par les véhicules privés. Mais les bus, les ferries et d'autres grands navires sont également électrifiés à l'aide de batteries.

La machinerie est un autre domaine où des changements sont en cours. Müller a déclaré que l'ensemble du secteur minier est en train de passer complètement à l'électrification et à l'automatisation.

Ces demandes supplémentaires pourraient rapidement aggraver les goulots d'étranglement de l'approvisionnement en matières premières.

"Atteindre les objectifs fixés par l'UE et les pays individuels pourrait donc être problématique. Cela créerait également une menace importante pour les objectifs climatiques", a déclaré Aguilar Lopez.

Bien que le développement de batteries à semi-conducteurs très efficaces soit prometteur, elles ne résolvent pas non plus la crise de l'approvisionnement en lithium.

"En fait, les batteries à semi-conducteurs peuvent aggraver la situation, nécessitant plus de lithium par kilowattheure - presque deux fois plus dans certains cas", a déclaré Aguilar Lopez.

Les piles à combustible à hydrogène deviennent une technologie mature, mais elles coûtent cher. Ils seront beaucoup plus efficaces dans les ferries et autres navires lourds que dans les voitures.

Les batteries sodium-ion sans lithium sont une autre alternative prometteuse. Ils sont à un stade précoce de R&D, il faudra donc un certain temps avant qu'ils ne soient prêts pour la route.

"Peu importe où nous nous tournons, nous rencontrons des défis", a déclaré Aguilar Lopez.

Alors, quelle serait la meilleure option pour nous sortir de la crise de l'approvisionnement en lithium ?

La réponse immédiate d'Aguilar Lopez est que les villes doivent être conçues pour les personnes, pas pour les voitures.

"Regardez Zurich, Vienne, Paris et Oslo. Des mesures importantes sont prises dans de nombreux endroits pour créer des zones urbaines plus agréables et inciter davantage de personnes à laisser leur voiture. Et beaucoup le font. Nous avons besoin de réglementations - et de bien sûr, les gens doivent les accepter", a déclaré Aguilar Lopez.

La Norvège a été un précurseur en matière d'électrification du parc de véhicules. Ainsi, il devrait être le premier pays à avoir de plus grandes quantités de batteries usagées une fois que les premiers véhicules électriques arriveront en fin de vie.

Müller, Aguilar Lopez et Guillaume Billy faisaient partie de l'équipe de recherche du projet BATMAN, De 2019 à 2022. Le projet a été conçu pour étudier les opportunités pour l'industrie norvégienne de s'engager dans la réutilisation et le recyclage des batteries.

Sur la base des principaux résultats, les scientifiques ont suggéré plusieurs actions fortes :

Référence : Aguilar Lopez, F.. ; Billy, RG; Müller, DB Évaluation des stratégies de gestion de l'utilisation des ressources dans les batteries lithium-ion pour véhicules électriques à l'aide du modèle global MATILDA. Journal des ressources, de la conservation et du recyclage

Conservation et recyclage des ressources

10.1016/j.resconrec.2023.106951

Simulation/modélisation informatique

N'est pas applicable

Évaluation des stratégies de gestion de l'utilisation des ressources dans les batteries lithium-ion pour véhicules électriques à l'aide du modèle global MATILDA

11 mars 2023

Clause de non-responsabilité: AAAS et EurekAlert ! ne sont pas responsables de l'exactitude des communiqués de presse publiés sur EurekAlert! par les institutions contributrices ou pour l'utilisation de toute information via le système EurekAlert.