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Oct 22, 2023

Construire une chaîne de valeur de batterie EV résiliente

La transition vers des modes de transport plus propres est primordiale pour répondre

La transition vers des modes de transport plus propres est primordiale pour relever les défis du réchauffement climatique. Les capacités technologiques et les cadres politiques existants ont mis davantage l'accent, à l'échelle mondiale, sur l'utilisation de véhicules électriques (VE) dans le secteur des transports. La plupart des pays ont aligné leurs politiques pour inciter et fournir un soutien infrastructurel pour développer les véhicules électriques et améliorer l'acceptation par les consommateurs. Alors que certains pays développés ont suivi une approche plus globale en incluant les batteries en fin de vie (EoL) dans leur cadre politique, beaucoup n'ont pas encore lancé de directives claires. Le recyclage des batteries EoL profite à l'environnement et à la santé humaine, et une gestion non scientifique des batteries EoL peut avoir des implications dangereuses. Cette note d'orientation explore les opportunités technologiques et politiques actuelles et les obstacles à l'amélioration de la circularité dans les systèmes de batteries de véhicules électriques. La note recommande de développer un cadre mondial durable dans cette direction.

Attribution:Perminder Jit Kaur et al., "Building a Resilient EV Battery Value Chain," T20 Policy Brief, juin 2023.

Task Force 4 : Refueling Growth : Clean Energy and Green Transitions

La décarbonisation du secteur des transports est essentielle pour respecter les engagements en matière de changement climatique. Cette tâche offre aux pays du G20 une opportunité d'émerger en tant qu'unité stratégique collaborative dans les nouvelles solutions de mobilité durable. Le groupement est particulièrement bien placé pour déployer des véhicules électriques (VE) à une échelle augmentée, dépassant les modèles de mobilité traditionnels qui perpétuent la congestion, la pollution de l'air et la dépendance aux importations de pétrole tout en réduisant les coûts des batteries grâce à des économies d'échelle encore plus rapides que le taux à que les projections actuelles anticipent.[1]

Les décideurs politiques du monde entier ont fait pression pour le développement indigène des piles au lithium, ce qui devrait augmenter la demande de matières premières. Un certain nombre d'accords et de traités ont été signés au cours des quatre dernières années environ pour la fourniture de matières premières telles que les terres rares et d'autres minéraux essentiels nécessaires à la fabrication des composants des cellules de batterie. Chaque pays dispose de petites réserves de minéraux critiques essentiels pour les batteries lithium-ion (Li-ion). De nombreux pays ne disposent pas de réserves de certains composants Li-ion essentiels, notamment le lithium, le cobalt et le nickel, ni du cuivre utilisé dans les conducteurs, les câbles et les jeux de barres. La Chine est le leader mondial de la fabrication de composants de cellules pour les batteries lithium-ion (LiB), avec une part mondiale d'environ 51 %.[2]

Dans les batteries Li-ion, les matériaux de cathode varient, mais les formulations standard incluent des minéraux tels que le lithium, l'aluminium, le cobalt, le manganèse et le nickel, tandis que l'anode est en graphite. Le recyclage des batteries peut générer environ 95 % de ces métaux qui seront réutilisés dans la fabrication de nouvelles batteries. À cet égard, une chaîne de valeur durable et résiliente appelle à relever des défis clés tels que la disponibilité limitée des ressources, les implications environnementales des sources primaires minières étendues, les batteries inutilisées finissant dans les décharges et les risques géopolitiques impliquant la dépendance à l'importation de ces composants critiques au milieu des fluctuations de prix dans marché mondial en raison d'irrégularités dans la chaîne d'approvisionnement.

Les processus généraux de la chaîne d'approvisionnement des batteries pour véhicules électriques « du berceau à la tombe » comprennent quatre étapes : l'extraction des matières premières ; la production, qui comprend la production de cellules et de batteries et l'assemblage de véhicules ; consommation; et recyclage, utilisation et élimination finale.[3] La chaîne de valeur des batteries pour véhicules électriques commence à partir de ressources minières telles que le lithium, le nickel, le cobalt, le phosphore, le cuivre et le graphite, suivies de la fabrication de cellules. Des composants tels que des cathodes, des anodes, des électrolytes et des séparateurs sont assemblés pour fabriquer des cellules et des batteries. La consommation de composants de cellule entraîne une efficacité réduite, avec une portée accrue du recyclage et de la réutilisation (Figure 1).

Figure 1 : Dimensions du cycle de vie des batteries de VE

Généralement, les batteries ne sont plus utilisées dans les véhicules électriques lorsque l'autonomie et les performances ne sont plus acceptables pour le conducteur. Les batteries EV conservent généralement 70 à 80% d'énergie valide après avoir terminé leur cycle de vie complet et sont réutilisées pour les applications connectées au réseau et BTM. Par rapport à celles des véhicules à deux et trois roues, les batteries de véhicules électriques des voitures répondent à davantage d'applications de réutilisation en raison de leur capacité. La réutilisation pour les applications de réseau est de l'ordre de deux à cinq ans. Habituellement, leurs performances sont supposées tomber en dessous de 70 à 80 % de la capacité initiale de la plaque signalétique, ce qui nécessite des stratégies de traitement conçues scientifiquement.[4]

Le volume de recyclage et de réutilisation de l'Inde devrait être supérieur à 20 GWh en 2030. Le potentiel cumulé des batteries lithium-ion en Inde de 2022 à 2030 dans tous les segments est estimé à environ 600 GWh (scénario de base).[5] Il a été constaté que les déchets de batteries existants ont un immense potentiel et peuvent générer une valeur d'environ 4 800 à 5 200 dollars américains par tonne.[6] Il existe des valeurs matérielles associées dans les batteries mises au rebut, dont la récupération permettra de préserver l'environnement des déchets toxiques et de générer des ressources en métaux précieux d'une valeur économique significative. Le volume de recyclage résultant du déploiement de ces batteries devrait atteindre 128 GWh d'ici 2030, dont près de 59 GWh proviendront du segment des véhicules électriques. L'industrie du recyclage à elle seule pourrait créer un pool de bénéfices de 6 milliards de dollars américains d'ici 2040. Les revenus pourraient dépasser 40 milliards de dollars américains, soit trois fois plus qu'en 2030.[7]

Les politiques de recyclage des batteries des véhicules électriques évoluent ; à l'heure actuelle, ils sont limités à quelques pays comme la Chine, l'Union européenne, la Corée du Sud et l'Inde. Ces politiques ont défini des objectifs et des obligations de collecte des batteries, des objectifs de récupération des matériaux et un contenu recyclé minimum obligatoire dans les nouvelles batteries. Le tableau 1 donne un aperçu des politiques de recyclage des batteries pour les véhicules électriques.

Tableau 1 : Politiques axées sur le recyclage des batteries de véhicules électriques

Principales caractéristiques

– Assurez-vous que la batterie ou la batterie usagée est manipulée en toute sécurité, de sorte qu'il n'y ait aucun dommage pour la santé humaine et l'environnement.

– Les certificats REP achetés par le producteur seront automatiquement imputés sur sa responsabilité.

– Collecte et recyclage obligatoires des batteries par le fabricant ou l'importateur qui place en premier les batteries sur le marché britannique.

– Les fabricants de deux-roues doivent obligatoirement collecter 70 % de leurs batteries vendues sur le marché en 2022-23 avec un délai de conformité de 7 ans à compter de 2026-27.

– La responsabilité élargie des producteurs exige que les constructeurs automobiles veillent à ce que les batteries usagées soient collectées et réutilisées, réutilisées ou recyclées.

– Les objectifs de collecte sont fixés à 45 % d'ici 2023, 63 % d'ici 2027 et 73 % d'ici 2030 pour les batteries portables, et à 51 % d'ici 2028 et 61 % d'ici 2031 pour les batteries LMT (Moyens de Transport Légers).

- L'utilisation de l'étiquetage pour clarifier les caractéristiques de la batterie, le passeport de la batterie, obtenir des informations détaillées sur la chaîne d'approvisionnement du matériel, l'utilisation de la batterie et l'état de santé.

– Elle fixe également un contenu recyclé minimum obligatoire dans les batteries neuves.

Parmi les recycleurs mondiaux renommés figurent Umicore (Belgique), Accurec (Allemagne), SungEel (Corée du Sud), Kyoei Seiko (Japon) et Brunp (Chine), entre autres.[12]

Le conditionnement de la batterie est effectué pour se décharger complètement électriquement soit par conductivité ionique élevée, soit par recyclage des batteries, ce qui nécessite des prétraitements mécaniques dans lesquels les différents composants de la batterie, tels que l'assemblage, l'unité de contrôle de la batterie et la pile sont démontés et son importance les pièces constitutives sont séparées physiquement. De plus, pour récupérer les métaux précieux des déchets électroniques et des batteries, les techniques pyrométallurgiques impliquent de chauffer les déchets à des températures élevées de 1200℃.

Les technologies de recyclage des batteries disponibles dans le commerce sont coûteuses et doivent être plus respectueuses de l'environnement. Les technologies nouvelles et émergentes sont naissantes et ont besoin d'un soutien pour les enquêtes à grande échelle. Il existe également des études limitées sur l'optimisation des ressources lors de la fabrication des batteries.

La technologie pyrométallurgique qui utilise le chauffage à haute température des déchets est la technique de traitement de batterie la plus couramment utilisée et peut traiter des matériaux limités comme le cobalt. Cependant, les technologies de recyclage doivent également pivoter à mesure que les technologies cellulaires évoluent vers une teneur en nickel plus élevée et une teneur en cobalt plus faible.

Avec l'infrastructure et les politiques existantes, aucun membre de la chaîne de valeur de la batterie ne peut comprendre l'état actuel de l'efficacité, des performances ESG, du contenu des matériaux et du stade de recyclage ou de réutilisation d'une batterie. Il n'y a pas de politiques appropriées et de directives claires sur l'état de la batterie sur l'ensemble de la chaîne de valeur. Le manque d'identifiants numériques pour les batteries pose des obstacles à la conception de leur capacité de recyclage ou de réutilisation.

Il y a eu des défis mondiaux au niveau politique à mesure que la composition et les technologies des batteries évoluent rapidement. Il devient difficile d'élaborer des politiques couvrant tous les types de batteries disponibles à moyen et long terme. Alors que de nombreux gouvernements nationaux ont étendu la collecte obligatoire, des données sur les piles exactes collectées, recyclées et les technologies adoptées pour cela doivent être incluses.

Figure 2 : Cartographie de la capacité mondiale de recyclage par technologie

Alternativement, les traitements hydrométallurgiques peuvent être réalisés par lixiviation des déchets dans des solutions chimiques. Les solutions sont soumises à des techniques de purification pour récupérer les métaux précieux. Bien que les approches traditionnelles soient bien développées et utilisées dans des configurations commerciales, elles sont coûteuses et non respectueuses de l'environnement. Certaines technologies émergentes telles que les techniques de chélation et d'adsorption verte sont également disponibles à l'échelle du laboratoire ou à l'échelle pilote et nécessitent des études d'intensification des procédés avant leur adoption commerciale.[14]

Dans le domaine du développement technologique pour le recyclage des batteries et l'utilisation des ressources, diverses techniques de traitement sont employées seules ou en combinaison par les fabricants de batteries. Le traitement mécanique, suivi des traitements hydrométallurgiques, est le plus couramment pratiqué au Canada, en Chine et en Corée du Sud (figure 2). Le continent africain s'appuie sur de multiples méthodes, notamment une combinaison de techniques pyro et hydrométallurgiques (48 %), pyrométallurgiques (38 %), mécaniques (7 %) et diverses techniques mécaniques et hydrométallurgiques (7 %). L'Inde utilise largement les méthodes mécaniques et hydrométallurgiques (79 pour cent).[15]

Les pays du G20 occupent une position dominante dans l'adoption des véhicules électriques, les matières premières des batteries et la fabrication, représentant plus de 85 % du total des véhicules électriques vendus dans le monde en 2021 (Figure 3).[16] Les pays du G20 représentent également une part importante des matières premières des batteries. L'Australie et l'Argentine détiennent environ les deux tiers des réserves mondiales de lithium, tandis que l'Indonésie abrite 22% des réserves mondiales de nickel. La Chine domine la production mondiale de cellules de batterie avec une part d'environ 70 % de la production mondiale de cellules de batterie.[17]

Figure 3 : Ventes de VE, par pays (2021)[18]

Le recyclage des batteries en est à ses balbutiements et il existe des lacunes technologiques pour réduire les coûts du processus de recyclage et améliorer la capacité de récupération des matériaux. Il existe également des lacunes concernant les politiques mondiales concernant le partage des données sur les batteries. Il est nécessaire de mettre en place une coordination conjointe dirigée par les pays du G20 pour améliorer les technologies de recyclage et créer des cadres mondiaux pour le recyclage des batteries afin de renforcer la circularité de la chaîne d'approvisionnement des batteries et ainsi contribuer à l'adoption des véhicules électriques.

Les véhicules électriques avec une empreinte carbone plus faible et une efficacité de conversion plus élevée sont devenus un moyen incontournable de mobilité et une alternative aux moteurs à combustion interne. L'hôte du G20 de 2022, l'Indonésie, a employé plus de 1 400 véhicules électriques pour transporter les participants au G20.[19] L'Indonésie est le plus grand producteur de nickel au monde, un composant essentiel des batteries de véhicules électriques. Le marché des véhicules électriques est naissant en Inde, avec seulement 0,1 % des ventes de véhicules électriques en 2019. Le gouvernement indien prévoit d'élargir la portée des véhicules électriques avec le lancement du programme national d'e-mobilité, visant à atteindre une part de véhicules électriques de 30 % d'ici 2030.[20]

Le seul recours aux batteries lithium-ion ne fera qu'ajouter une faille dans l'armure. La rareté des réserves à l'échelle mondiale signifie que les perturbations de la chaîne d'approvisionnement mondiale continueront d'avoir un impact sur les pays. En ce qui concerne les pertes économiques dues aux déchets de batteries gérés de manière non scientifique, associées aux pertes matérielles économiques, divers gouvernements ont lancé des politiques de gestion des déchets de batteries et ont chargé les producteurs de batteries de collecter, stocker, recycler et réutiliser les déchets de batteries.

La Commission européenne (CE) travaille sur un cadre à long terme, la directive européenne sur les batteries, qui encourage activement le recyclage avec une approche progressive pour imposer des seuils minimaux de contenu recyclé pour les produits clés. Le règlement propose des normes de contenu recyclé, une mesure exigeant qu'un certain pourcentage de matériaux recyclés soit utilisé pour fabriquer de nouvelles batteries. Ces normes commencent à 16 % pour le cobalt, 6 % pour le lithium et 6 % pour le nickel en 2030, puis augmentent à 26 %, 12 % et 15 %, respectivement, en 2035. La législation vise à récupérer 90 % du cobalt, cuivre, plomb et nickel, ainsi que 35 % du lithium provenant des batteries d'ici 2025. Ces chiffres passeraient à 95 % et 70 % d'ici 2030. La législation suggère un pourcentage fixe de matériaux recyclés pour les nouveaux fabricants de batteries. Des niveaux minimaux de cobalt récupéré (16 %), de plomb (85 %), de lithium (6 %) et de nickel (6 %) provenant des déchets de fabrication et de consommation doivent être réutilisés dans de nouvelles batteries.[21]

Le gouvernement britannique s'est engagé à respecter l'échéance zéro net d'ici 2050 et prévoit de passer à l'ensemble des véhicules à base de véhicules électriques d'ici 2040 (Department of Transport, 2018). Le Règlement gouvernemental de 2009 sur les piles et accumulateurs usagés (tel que modifié) a rendu obligatoire la collecte et le recyclage des piles. Les règles empêchent également les piles et les accumulateurs d'être pyrolysés ou mis en décharge.[22] S De même, des centres de collecte des déchets ont été mis en place par le ministère de l'Environnement en Corée du Sud avec un accent sur la prévention de l'élimination des substances toxiques directement dans l'environnement. Le Ministère du commerce, de l'industrie et de l'énergie (MOTIE) encourage également la réutilisation des batteries en fin de vie des véhicules électriques en tant que système de stockage d'énergie (ESS).[23] Le gouvernement australien travaillerait également sur la première stratégie nationale sur les véhicules électriques.[24]

Le gouvernement indien a formulé plusieurs politiques, telles que le National Electric Mobility Mission Plan 2020 (NEMMP 2020), visant à augmenter la part des véhicules électriques dans l'ensemble du secteur automobile et la technologie de fabrication indigène.[25] L'adoption et la fabrication plus rapides de véhicules (hybrides et) électriques en Inde (FAME India) ont été lancées en 2015 pour stimuler la production indigène de véhicules électriques dans le pays.[26] L'industrie des véhicules électriques a également été considérablement augmentée dans le budget de l'Union pour l'exercice 24. La loi de 2022 sur la gestion des déchets de batterie du ministère indien de l'Environnement, des Forêts et du Changement climatique est une étape vers la gestion des batteries usagées, où les producteurs ont l'obligation de REP pour la batterie et doivent assurer le recyclage ou la remise à neuf de celle-ci.[27] La réglementation a fixé des objectifs de matériaux récupérables à partir du poids sec de la batterie à 70 % d'ici 2024-25 et 90 % d'ici 2026-27.

De plus, des innovations dans les technologies propres pour la gestion des déchets sont en cours à l'échelle mondiale. Cependant, des obstacles spécifiques à la transition nécessitent l'attention des pays du G20.

La chaîne de valeur des véhicules électriques étant complexe, le rôle de la coopération et de la collaboration internationales devient critique dans le développement durable du secteur. Étant donné que le développement des batteries pour véhicules électriques, l'évaluation de la chaîne de valeur et la gestion des déchets de batteries sont multidisciplinaires et impliquent un vaste domaine de recherche, aucun pays ne peut à lui seul mettre en place une chaîne d'approvisionnement durable pour les véhicules électriques en peu de temps. Une coopération technique est nécessaire pour la mise à l'échelle de ces technologies émergentes, le développement de nouvelles chimies de batteries qui posent moins de problèmes de matières premières et le renforcement de la chaîne d'approvisionnement mondiale des batteries de véhicules électriques.

La transition vers les VE ne sera pas complète sans une prise en compte du contexte de l'économie circulaire. L'extraction et le traitement des métaux utilisés dans les véhicules électriques sont coûteux et limités. Les recommandations suivantes peuvent être utilisées pour orienter les politiques mondiales vers le recyclage des batteries en fin de vie et serviront le double objectif de conservation des ressources et de minimisation des déchets :

Un soutien opportun, ciblé et dynamique au niveau politique, les innovations technologiques, les infrastructures, la gouvernance et la coopération mondiale peuvent encourager le recyclage et la réutilisation de la chaîne de valeur des batteries EV et créer de multiples avantages tels que la minimisation des déchets, la protection de l'environnement et la conservation des ressources. La création d'une alliance internationale pour les véhicules électriques similaire à l'Alliance solaire internationale peut également contribuer à favoriser une chaîne de valeur des batteries de véhicules électriques durable et résiliente à l'échelle mondiale.

[1] "L'utilisation de véhicules électriques au G20 encourage l'application d'énergies alternatives en Indonésie", consulté le 30 janvier 2023.

[2] "Visual Capitalist Resource", consulté le 16 février 2023.

[3] Mohammad Ali Rajaeifar et al., "Défis et développements récents dans les chaînes d'approvisionnement et de valeur des batteries de véhicules électriques : une perspective de durabilité", Resources, Conservation and Recycling 180 (2022):106144

[4] « Advanced Chemistry Cell Battery Reuse and Recycling Market in India », rapport de Niti Aayog, Inde, consulté le 10 avril 2023.

[5] Niti Aayog, "Marché avancé de la réutilisation et du recyclage des batteries de cellules chimiques en Inde."

[6] "Capturing Battery Value-Chain Opportunity", consulté le 10 mars 2023.

[7] Niti Aayog, "Marché avancé de la réutilisation et du recyclage des batteries de cellules chimiques en Inde."

[8] "India Battery Waste Management Rules", CPCB, consulté le 1er avril 2023.

[9] "UK Waste Management Guidelines", consulté le 17 janvier 2023.

[10] « Europe's Battery Strategy », Services de renseignement géopolitique, consulté le 27 janvier 2023.

[11] « MIIT de Chine pour promouvoir le recyclage des batteries EV usagées », consulté le 5 janvier 2023.

[12] "Étude comparative des processus de recyclage des batteries Li-Ion", consulté le 12 janvier 2023.

[13] Niti Aayog, "Marché avancé de la réutilisation et du recyclage des batteries de cellules chimiques en Inde."

[14] Garima Chauhan et al., Extraction durable des métaux à partir du flux de déchets (éditeurs Wiley, 2020).

[15] Niti Aayog, "Marché avancé de la réutilisation et du recyclage des batteries de cellules chimiques en Inde."

[16] McKinsey, "Saisir l'opportunité de la chaîne de valeur de la batterie."

[17] McKinsey, "Saisir l'opportunité de la chaîne de valeur de la batterie."

[18] McKinsey, "Saisir l'opportunité de la chaîne de valeur de la batterie."

[19] "L'Indonésie déploie un véhicule électrique pour le sommet du G20", consulté le 13 mars 2023.

[20] « E-Mobility : National Mission on Transformative Mobility and Battery Storage », consulté le 5 avril 2023.

[21] Gouvernement du Royaume-Uni, "UK Waste Management Guidelines."

[22] Gouvernement du Royaume-Uni, "UK Waste Management Guidelines."

[23] Yong Choi et Seung-Whee Rhee, « État actuel et perspectives sur le recyclage de la batterie en fin de vie des véhicules électriques en Corée (République de) », Waste Management 106 (2020) : 261-270.

[24] "Australia's first National Electric Vehicle Strategy", consulté le 19 avril 2023.

[25] « Plan national de mission de mobilité électrique », consulté le 15 avril 20203.

[26] « Electric Vehicles Manufactures register under FAME-India Scheme phase-II », consulté le 18 avril 2023.

[27] CPCB, "Règles de gestion des déchets de batterie en Inde."