Le nombre de voitures électriques dans le monde augmente rapidement. Plus de 145 millions de véhicules de ce type devraient être en circulation d'ici 2030 et la demande de batteries lithium-ion devrait être multipliée par 14. Cela soulève la question de savoir comment les valoriser en fin de vie pour qu'elles ne constituent pas une menace pour l'environnement. En quoi consiste concrètement l'élimination des batteries automobiles ?
Impact environnemental des batteries de véhicules électriques
Les produits chimiques utilisés pour fabriquer les batteries des voitures électriques sont toxiques et, lorsqu'ils sont libérés dans l'environnement, ils peuvent avoir des effets négatifs sur les organismes vivants, y compris l'homme. Par exemple, le cadmium provoque des lésions rénales et de l'anémie, le cobalt perturbe la fonction thyroïdienne, tandis que le lithium se dépose dans les poumons, entraînant un gonflement. Ce sont les dangers d'une élimination irresponsable des batteries de voiture qui sont les arguments les plus souvent avancés par les opposants à l'e-mobilité.
L'épuisement des ressources en terres rares nécessaires à la production des batteries, ainsi que les émissions de CO2 produites au cours de leur traitement en plusieurs étapes, sont également discutables. Certains de ces problèmes peuvent être résolus par le recyclage des batteries lithium-ion. Il s'agit de les réutiliser comme stockage d'énergie, par exemple, et de récupérer les matériaux et les matières premières de valeur en fin de vie. Cela permet d'éviter tout gaspillage ou risque de rejet de substances potentiellement dangereuses dans l'environnement. Le degré de difficulté, et donc la rentabilité de la récupération, dépendent du type de batterie.
Quel type de batterie de voiture est le plus favorable ?
Les batteries lithium-ion se composent de quatre éléments principaux : la cathode, l'anode, l'électrolyte et le séparateur. Elles comprennent également un conteneur de protection en aluminium solide et un boîtier de module, ainsi que des couvercles en plastique pour les cellules, les fils ou les connecteurs. En fonction du matériau de la cathode, il existe plusieurs types de batteries lithium-ion. Actuellement, trois types de batteries sont utilisés dans le monde pour les voitures électriques : les batteries lithium-nickel-manganèse-cobalt (NMC), lithium-nickel-cobalt-aluminium (NCA) et lithium-fer-phosphate (LFP). Les deux premières alimentent les voitures particulières, tandis que la troisième est principalement utilisée dans les autobus électriques. Leurs principaux avantages sont une densité énergétique élevée, une utilisation sûre et une longue durée de vie. Du point de vue de la récupération des matières premières, les batteries NMC et NCA sont les plus intéressantes, car elles peuvent être recyclées partiellement par hydrométallurgie. En revanche, les coûts financiers et environnementaux du recyclage des batteries lithium-ion LFP sont plus élevés que ceux de la production de nouvelles batteries.
Élimination et recyclage des batteries de voiture – qu'est-ce que cela implique ?
Que deviennent les batteries usagées des voitures électriques ? Contre toute attente, elles peuvent connaître une seconde vie en tant que stockage d'énergie dans d'autres processus de fabrication ou devenir une source d'énergie pour des appareils moins exigeants, tels qu'un scooter ou un vélo électrique. Certaines entreprises collectent les batteries usagées, qui peuvent servir de stockage d'énergie pendant encore une dizaine d'années avant de devoir être recyclées.
Quel est le processus d'élimination des piles ?
Les piles étant de construction différente, le démontage est effectué manuellement par des personnes qualifiées portant des vêtements de protection, car toute erreur dans le démontage des cellules peut entraîner une inflammation ou une explosion. L'étape la plus coûteuse et la plus laborieuse du recyclage des piles est l'extraction des matériaux précieux tels que le lithium, le cobalt, le nickel et le manganèse.
Il existe généralement trois procédés de recyclage des piles : pyrométallurgique, hydrométallurgique et partiel. Dans le premier cas, les métaux précieux sont récupérés par traitement thermique, dans le second par des réactions chimiques, tandis que le troisième implique une récupération partielle des matériaux et la régénération du reste de la cathode. En Europe, le recyclage des piles est effectué à petite échelle par des usines de recyclage pilotes et spécialisées. Pour l'instant, leur capacité est suffisante par rapport à la demande, mais le système devra certainement être étendu. Greenpeace prévoit que 12,85 millions de tonnes de batteries de voitures électriques seront mises hors service d'ici 2030.
Combien de temps une pile met-elle à se dégrader en fonction de son type ?
Les piles sont souvent considérées comme le produit le plus dangereux de la civilisation. Quel que soit le type, elles sont nocives pour l'environnement en raison de leur structure complexe et de leur teneur en divers produits chimiques. Quel est le temps de décomposition des différents composants des piles ? On estime que le boîtier métallique et les autres composants en métal se décomposent au bout de 100 ans, tandis que les substances chimiques se décomposent au bout de centaines de milliers d'années, voire jamais. Elles sont donc à l'origine d'une pollution permanente du sol et de l'eau.
À quelle vitesse les piles se dégradent-elles avant d'être acheminées vers un centre de recyclage ?
En règle générale, les fabricants de batteries pour voitures électriques offrent une garantie de 8 ans sur les batteries. Il est généralement admis qu'une batterie est inutilisable lorsque son efficacité tombe en dessous de 70-80 %, ce qui, d'après l'expérience des conducteurs, peut se produire même après 12 ans, ce qui correspond à la conduite d'environ 580 000 kilomètres. La durée de vie des batteries de voitures électriques dépend principalement du nombre de cycles de charge et de décharge. À cet égard, les batteries LFP sont très appréciées, car elles sont conçues pour plus de 2 000 cycles, soit environ 10 ans d'utilisation. Toutefois, en raison de leur puissance élevée, elles sont principalement utilisées dans les applications lourdes.
En deuxième position, on trouve les batteries NMC avec 1 000 à 2 000 cycles. Leur principal avantage est également leur densité énergétique élevée, ce qui signifie qu'elles peuvent stocker beaucoup d'énergie par rapport à leur poids, en l'occurrence 150-220 Wh/kg. Le troisième type de batterie fréquemment utilisé dans les voitures électriques est la batterie NCA, avec 500 cycles et une densité de 200-260 Wh/kg. La liste se termine par les batteries LMO (lithium-manganèse) avec 300-700 cycles. Celles-ci ont toutefois une faible capacité par rapport aux autres types de batteries. De nouvelles technologies plus performantes sont également en cours de développement, telles que les batteries à électrolyte solide, mais elles ne sont pas encore adaptées à une utilisation dans les voitures.
Quelle quantité de matières premières peut-on récupérer à partir des piles ?
La quantité de matières premières récupérées au cours du processus de recyclage des batteries dépend de leur conception et des technologies disponibles. Les scientifiques travaillent encore sur les méthodes de recyclage des batteries lithium-ion qui permettront d'obtenir les meilleurs résultats possibles. Par exemple, dans une usine de recyclage de batteries créée dans le cadre d'un consortium entre Renault, Veolia et Solvey, les matériaux actifs des batteries sont immergés dans du N-méthylpyridinium, puis, après égouttage et séchage, broyés à l'aide d'ondes ultrasonores et lixiviés à l'aide d'acide. Ce procédé permet de récupérer jusqu'à 96 % du cobalt et 98 % du lithium. Les quantités de matières premières récupérées dans les batteries seront bientôt strictement réglementées au sein de l'Union européenne. Fin 2022, des réglementations ont été introduites stipulant que le nickel et le cobalt doivent être recyclés à 90 % à partir de 2027, et jusqu'à 95 % à partir de 2030. Pour le lithium, en revanche, les valeurs ont été fixées à 50 et 80 % respectivement. Toutefois, la forte intensité de main-d'œuvre et de carbone du recyclage des batteries lithium-ion, ainsi que le coût de l'élimination des batteries, restent un problème.
Fabricant de composants écologiques pour les batteries de voiture
On estime que le recyclage des batteries de voiture peut réduire leur empreinte carbone d'environ 17 %. Si l'on examine les composants de la batterie, le boîtier en aluminium et le conteneur chargé de protéger les modules sont ceux qui pèsent le plus lourd. Cela représente 126 kg pour une batterie de 400 kg ! Sans compter la cathode, l'anode et le cuivre, les composants les plus lourds de la batterie sont les éléments en plastique qui assurent les fonctions de protection et de montage et pèsent environ 22 kg. Certains de ces composants peuvent être fabriqués avec succès à partir de polypropylène expansé (PPE) innovant et ultraléger, composé à 95 % d'air et recyclable.
Dans nos installations, nous concevons et fabriquons des composants en mousse ultralégère pour les batteries automobiles en PPE, qui allient une grande résistance mécanique a d'excellentes propriétés d'isolation ou antistatiques. Les boîtiers, couvercles et composants de montage moulés par injection pour les cellules en polypropylène PPE leur assurent non seulement une excellente protection contre les chocs et les variations de température, mais aussi une excellente isolation contre les piqûres électriques. Des composants de connexion et de fixation spécialement conçus facilitent l'installation et, plus tard, le démontage des cellules. En outre, la transformation du PPE est plus facile et moins énergivore que celle de l'aluminium, par exemple, et produit donc moins d'émissions de CO2. Il est donc possible de réduire considérablement l'empreinte carbone des batteries de voiture. Une économie en boucle fermée dans l'industrie automobile est l'un des éléments de nos initiatives RSE.