Le recyclage des batteries lithium-ion est (déjà) possible

Le recylage des panneaux photovoltaïques en fin de vie

On entend toujours dire que le recyclage des batteries lithium-ion pose problème, et que les ressources mondiales en matières premières seraient insuffisantes pour faire face à une transition de notre modèle fossile vers un modèle renouvelable.

Mais ... qu'en est-il, vraiment ?

En Juillet 2019 PV Magazine a interviewé Christian Hagelken, directeur des affaires gouvernementales de l'UE chez Umicore, un recycleur important qui exploite une usine novatrice à Hanau, en Allemagne.
Et l'on découvre au fil de cet article que la situation est loin d'être aussi noire que le disent les défenseurs de l'ancien monde, tous ceux qui veulent que rien ne change...

Les détracteurs de la batterie lithium-ion sont les mêmes que ceux des énergies renouvelables en général.
Alors certes, il n'existe aucun produit miracle sans empreinte carbone, et toute production d'énergie requiert, à un moment ou à un autre, des matières premières.
Mais il existe quand même des solutions meilleures que d'autres.

Chez Rouch Energies, nous préconisons les batteries Solarwatt MyReserve, conçues pour être facilement démontées, et partiellement remplacées, des batteries fabriquées en Allemagne, selon des normes environnementales et sociales strictes.
L'empreintene environnementale de ces batteries est considérablement réduite aussi du fait que l'usine Solarwatt fonctionne à 100% à l'énergie renouvelable.

Leur durée de vie est un autre critère clé : avec une très longue durée de vie et des composants remplaçables individuellement, Solarwatt réduit de façon sensible la quantité de déchets.
Grâce à leurs systèmes modulaires, il est possible de démonter et séparer les matériaux de manière homogène, garantissant des niveaux de recyclage élevés. On verra plus loin dans cet article que ce critère est déterminant en matière de recyclage.
Enfin, Solarwatt récupère tous ses produits en fin de vie.

Disons-le de suite : non, les préoccupations sur le recyclage des batteries lithium-ion ne sont pas justifiées.
Le recyclage fonctionne déjà, en pratique.

Une bonne partie du poids des batteries est composé du boîtier, et des composants électriques et électroniques : après démontage, ils sont envoyés aux processus de recyclage traditionnels utilisés pour ces pièces (sur une batterie Solarwatt MyReserve : plastiques 11%, électronique 4%, métaux 86%).

Pour ce qui est des modules de batterie à proprement parler, Umicore a fait le choix dès 2011 d'un processus qui ne les oblige pas à ouvrir les cellules ou les modules, qui sont envoyés entiers (jusqu'à environ la taille d'une boîte à chaussures), dans un haut fourneau dans leur grande fonderie à Hoboken, près d'Anvers en Belgique.
Il s'agit d'un processus de fusion qui crée deux phases : un alliage métallique contenant cobalt, nickel et cuivre, et des scories qui contiennent le lithium.
Ces deux phases sont alors traitées de façon à récupérer des métaux purs à la fin.
Ce procédé métallurgique qui fait fondre les cellules entières, non ouvertes, évite que quiconque entre en contact avec l'électrolyte, et les émissions résultant du processus de fusion subissent un nettoyage de gaz de cheminée très efficace.

Même leur processus de haut fourneau est peu énergivore puisque la plupart de l'énergie nécessaire pour la fusion est fournie par les composants des batteries eux-mêmes (électrolyte, graphite).
Umicore parvient ainsi à récupérer plus de 95% du cobalt, du nickel et du cuivre contenus dans les batteries qu'ils recyclent.
Et les matières premières récupérées sont de si bonne qualité qu'elles permettent de produire de nouveaux matériaux de batterie.
Umicore est d'ailleurs l'un des principaux fabricants mondiaux de matériaux cathodiques pour batteries lithium-ion.

Quant au lithium, Umicore parvient désormais à concentrer le lithium laissé dans les scories, qui sont comme un minéral artificiel au lithium.
Aujourd'hui, si 50% de la production mondiale de lithium est issue de saumures et de lacs salés, les autres 50% proviennent déjà de minéraux de roche dure, le plus connu étant le spodumène, auquel ressemble le le lithium minéral artificiel issu du recyclage.
Les industriels qui traitent les minéraux de roche dure au lithium peuvent également produire du carbonate de lithium à partir de concentrés contenus dans les scories du recyclage.
Le rendement n'est pas encore aussi élevé que pour le colbalt le cuivre et le nickel, mais dépasse déjà nettement les 50%.

La directive européenne sur les batteries prévoit un taux de recyclage minimum de 50 % en poids.
Mais ce n'est pas vraiment la meilleure approche parce qu'elle traite tous les contenus de façon égale : on pourrait atteindre 50% sans même récupérer le cobalt, le nickel, cuivre le ou le lithium !
L'accent devrait plutôt être mis sur un taux de recyclage élevé, en particulier pour les métaux de batterie critiques, en visant déjà des processus qui vont bien au-delà de la barre des 90 %.
Mais cela doit être justifié par un apport énergétique raisonnable.
Le recyclage n'est intéressant que s'i permet d'accroître la sécurité de l'approvisionnement et d'être meilleur sur le plan environnemental que l'exploitation minière.

Est-ce que le recyclage du lithium est économique ?

Avec l'augmentation des quantités, ce recyclage deviendra économiquement faisable à long terme.
Mais il faut aussi envisager les alternatives. Vous ne pouvez pas simplement jeter les batteries dans une décharge !
D'un point de vue économique, il est tout à fait logique de recycler les batteries lithium-ion à un niveau élevé : cela augmente également la sécurité d'approvisionnement pour les matières premières importantes, puisque les batteries usagées s'accumulent ici, alors que nous devons importer la plupart des matières premières primaires en provenance de l'extérieur de l'Europe. Pour l'empreinte environnementale d'une batterie, le recyclage a également beaucoup de sens, puisque la dépense énergétique et l'empreinte carbone des batteries fabriquées avec une proportion plus élevée de matières premières secondaires est nettement meilleure que lorsque ces matières premières matériaux proviennent de l'exploitation minière.

Y a-t-il des différences de coûts importantes dans les méthodes de recyclage elles-mêmes ?

La sagesse conventionnelle est qu’un vraiment bon recyclage, ce qui signifie un recyclage de haute qualité avec des rendements élevés, mais aussi avec des normes très élevées pour les émissions et la sécurité, est généralement plus cher qu’un mauvais recyclage. Cela s'applique non seulement spécifiquement aux batteries lithium-ion, mais aussi aux processus de recyclage en général. Un exemple de ceci est le gaspillage d'équipement électrique et électronique. Dans le cas d'un mauvais recyclage, les appareils sont souvent expédiés en Afrique de l'Ouest, par exemple, où ils sont recyclés dans des conditions plutôt mauvaises. Vous devez vraiment mettre le mot recyclage entre guillemets ici. Tout d'abord, à la suite de ce qui se passe là-bas, beaucoup moins de matières premières sont généralement retournés au cycle qu'avec le recyclage de haute qualité en Allemagne. Et puis, bien sûr, il y a des dommages considérables à l'environnement et à la santé humaine. À cet égard, l'approche du prix — quels coûts de recyclage — est erronée.
À l'avenir, il faudra mettre beaucoup plus l'accent sur la qualité du recyclage.

Comment les batteries peuvent-elles être conçues et produites d'une manière plus favorable au recyclage ?

Un concept clé important ici est « conception pour le démontage », comme la batterie doit être extractible du produit de ferraille sans grand effort afin qu'il puisse être utilisé dans les processus de recyclage les plus appropriés. Une fois que la batterie a été démontée d'un véhicule électrique, elle doit être désassemblée davantage comme décrit ci-dessus pour arriver aux modules de cellules. Ici, par exemple, le type de connexion est crucial ; actuellement, les différentes batteries de voiture ont un grand nombre de vis différentes, connexions adhésives et soudées, ce qui rend le démontage extrêmement difficile. Une normalisation plus grande serait également logique en vue d'augmenter le niveau d'automatisation dans le désassemblage à l'avenir.

Quel est votre plus grand défi en matière de recyclage ?

Le plus grand défi aujourd'hui n'est pas tant les processus techniques de recyclage que la plus grande captation possible des batteries usagées et leur acheminement vers des processus de recyclage de haute qualité. Après tout, les meilleurs processus sont inutiles si les matériaux ne trouvent pas leur chemin dans le système. À l'heure actuelle, il s'agit d'un problème majeur avec les batteries lithium-ion portables, comme celles utilisées dans les téléphones mobiles et les ordinateurs portables. Nous estimons qu'aujourd'hui moins de 10 % du potentiel mondial est en fait recyclé à un niveau élevé. En conséquence, la quantité annuelle de cobalt perdu dans le monde est suffisante pour équiper plus de trois millions de voitures électriques.

Existe-t-il un risque de pénurie de lithium ?

Le lithium est l'un des éléments les plus communs dans la croûte terrestre et il existe des gisements dans de nombreux pays, y compris en Europe.
Reste à l'exploiter assez rapidement - c'est-à-dire investir dans des unités d'extraction et de transformation - pour satisfaire la demande, et de façon assez respectueuse de l'environnement et de la santé humaine pour ne pas répéter les erreurs de passé : il appartient au législateur de fixer les règles !

Mais il faut aussi du cobalt

Tout le monde se focalise sur le lithium, alors qu'il ne représente que 2% du poids d'une cellule de batterie.
Il faut aussi du cobalt pour fabriquer des batteries.
Et dans le cas du cobalt, les problèmes environnementaux et sociaux associés à l'extraction du cobalt sont légion.

Existe-t-il un « cobalt durable » ?

Umicore est l'un des plus grands fabricants modiaux de matériaux et a un besoin considérable de cobalt, qu'il obtient grâce à des accords d'approvisionnement à long terme.
Mais surtout, et dès 2004, l'industriel a mis en place un processus interne d'approvisionnement responsable basé sur les lignes directrices de l'OCDE, qu'il a développé spécialement pour le cobalt.
Concrètement, Umicore envoie physiquement quelqu'un dans les mines et vérifie de ses yeux leurs critères de protection de l'environnement et de sécurité au travail.
Preuve qu'il est possible de décider de ne s'approvisionner que dans des endroits où l'on est sûr que l'extraction est effectuée de manière responsable, dans le respect de la santé et de la sécurité au travail et sans recourir au travail des enfants !

Mais pour cela, il faut visiter les mines, et connaître les étapes de traitement en aval, afin de s'assurer qu'aucun autre concentré n'est ajouté quelque part en cours de route.
Cet industriel procède ainsi à un contrôle interne, mais est également certifié en externe par PwC depuis deux ans.

En conclusion

Il y a batterie et batterie.
En optant pour des batteries fabriquées en Allemagne dans une usine alimentée à 100% par de l'énergie renouvelable, vous faites le choix de batterie dont l'empreinte carbone est nettement moindre que des batteries produites à l'autre bout du monde dans des usines alimentées par des centrales à charbon.
En choisissant les batteries Solarwatt, vous vous assurez que vos batteries seront facilement démontables et recyclables, au terme d'une longue durée de vie pendant laquelle elles auront permis de stocker 10 fois plus d'énergie que celle nécessaire à leur fabrication.
Et le recyclage n'est pas aussi problématique qu'on veut parfois bien le dire : certes, une batterie est un déchet pas comme les autres, demandant un traitement innovant, mais ces process sont en cours de développement, et pour certains, comme chez Umicore en Allemagne, déjà en exploitation.
Les matières premièes, enfin, si elles sont limitées, ne le sont certainement pas davantage que les produits pétroliers, et peuvent, contrairement au pétrole, être recyclées en fin de vie de la batterie afin de produire de nouvelles batteries !