Il y a un peu plus de 10 ans, un article publié dans Nature s'interrogeait : « Le lithium est-il le nouvel or noir ? » Cette question reposait sur l'utilisation de ce métal dans les batteries lithium-ion, ainsi que sur les incertitudes qui subsistaient quant aux réserves disponibles et à la demande. Aujourd'hui, la « masse noire », le matériau riche en métaux issu du recyclage des batteries lithium-ion, pourrait bien devenir le nouvel « or noir » du marché du lithium-ion. Au total, le marché mondial des batteries lithium-ion représente 41 milliards de dollars, et, selon les prévisions, sa valeur pourrait dépasser 116 milliards de dollars d'ici 2030.
En 2040, 58 % des voitures vendues dans le monde devraient être électriques, et la quantité totale de déchets générés pourrait atteindre 8 millions de tonnes. Malgré tout, on estime qu'environ 5 % seulement des batteries lithium-ion seraient recyclées dans le monde, avec des conséquences alarmantes pour l'environnement et les réserves minérales de la Terre.
Comme nous le précisons dans notre livre blanc, cela s'explique par le fait que le recyclage des batteries lithium-ion est limité par différents facteurs, notamment la variation de la valeur financière des matériaux des batteries, le manque de convergence technologique dans la conception et les matériaux des batteries (et des coûts associés de main d'œuvre pour le recyclage), ainsi que dans les usines de recyclage. Le manque de monétisation des avantages du recyclage (y compris la sécurité des matériaux et les bienfaits pour l'environnement) et l'absence de réglementation en matière de recyclage dans une grande partie du monde jouent également un rôle.
Sommes-nous en mesure de relever le défi du recyclage des batteries lithium-ion ?
Les défis du recyclage des batteries lithium-ion s'accompagnent de grandes opportunités de croissance. Par exemple, sur les 500 000 tonnes estimées de batteries qui pourraient être recyclées à partir de la production mondiale de 2019, les matières premières suivantes pourraient être récupérées : 15 000 tonnes d'aluminium, 35 000 tonnes de phosphore, 45 000 tonnes de cuivre, 60 000 tonnes de cobalt, 75 000 tonnes de lithium et 90 000 tonnes de fer, le tout en assurant la sécurité des matériaux et des avantages significatifs sur le plan économique et écologique.
Comme nous le précisons dans notre livre blanc, le recyclage des batteries lithium-ion suscite à juste titre un intérêt de plus en plus important, comme en témoigne la popularité de la « masse noire » auprès du grand public. La Collection de Contenus CAS™ a permis un éclairage unique sur les revues et publications de brevets passés concernant le recyclage des batteries lithium-ion, en identifiant les tendances émergentes dans le domaine des batteries rechargeables, le reconditionnement des matériaux à usage unique et en prévoyant les opportunités futures.
Quelles sont les méthodes de recyclage des batteries lithium-ion utilisées aujourd'hui ?
Dans la plupart des cas, on utilise des combinaisons de méthodes d'hydrométallurgie et de pyrométallurgie pour traiter les batteries lithium-ion. Toutefois, le recyclage direct connaît une popularité croissante (comme nous l'expliquerons par la suite). L'hydrométallurgie utilise des solutions (principalement aqueuses) pour extraire et séparer les métaux des ressources des batteries. La pyrométallurgie exploite la chaleur pour convertir les oxydes métalliques utilisés dans les matériaux des batteries en métaux ou en composés métalliques. Le recyclage direct consiste à retirer le matériau cathodique en vue d'une réutilisation ou d'un reconditionnement.
Tendances de recherche à la hausse dans le cycle du lithium.
Alors que le volume des publications scientifiques mondiales a régulièrement augmenté au cours des dix dernières années, nous avons constaté que la croissance du volume annuel des publications consacrées au sujet du cycle du lithium (32 %) dépasse largement celle des publications scientifiques globales (4 % par an), ce qui suggère un intérêt émergent.
Dans la même tendance, les publications concernant les trois méthodes de recyclage des batteries lithium-ion ont globalement augmenté au cours de la dernière décennie, et cette croissance a été significative ces dernières années (Figure 2), la Chine se situant de loin en tête en termes de volume dans les revues et les brevets (elle représente environ 90 % des publications ; Figure 3).
En ce qui concerne les processus spécifiques utilisés, l'hydrométallurgie a nettement dépassé la pyrométallurgie après 2015 et, fait encourageant, le recyclage direct des matériaux a également beaucoup augmenté récemment (Figure 2). Des efforts de recherche considérables ont également été déployés en ce qui concerne d'une part les composants des batteries lithium-ion qui étaient jusqu'alors moins étudiés (ce qui suggère un nouveau point de vue plus holistique de la gestion du recyclage) et d'autre part le démontage des batteries lithium-ion (Figure 4). C'est préférable car cela optimise la quantité de matériaux recyclables.
Capacité de recyclage des batteries dans le monde
La capacité actuelle de recyclage des batteries lithium-ion est concentrée en Asie de l'Est, la Chine détenant plus de la moitié des capacités actuelles de recyclage mondiales. L'Europe possède la plus grande partie du reste des capacités de recyclage des batteries lithium-ion (Figure 5). Le nombre proposé d'installations de recyclage de batteries lithium-ion augmentera les capacités de recyclage d'environ 25 %, la plus grande partie des nouvelles capacités étant concentrée en Amérique du Nord. L'emplacement des capacités actuelles de recyclage est conforme aux réglementations en matière de recyclage des batteries lithium-ion, tandis que l'emplacement des capacités futures est plus cohérent avec les motivations économiques.
Réglementations relatives au recyclage des batteries lithium-ion dans le monde
À l'échelle mondiale, les réglementations en matière de recyclage de batteries lithium-ion se font de plus en plus exigeantes ; de nombreux pays financent des recherches sur les méthodes de recyclage, et certains pays disposent de lois relatives au recyclage des batteries lithium-ion, la Chine et l'Union Européenne appliquant des cadres réglementaires complets dans ce domaine. Alliés à l'intérêt croissant pour la gestion du recyclage des batteries lithium-ion, ces résultats sont encourageants pour l'avenir car l'usage de ce type de batteries dans le monde continuera de croître (par ex. véhicules électriques, téléphones portables).
Lisez notre rapport CAS Insights pour un aperçu des tendances de la recherche sur le recyclage des batteries lithium-ion. Nous y évaluons les réglementations mondiales et les avantages économiques et étudions l'état actuel et futur du recyclage des batteries lithium-ion à l'échelle mondiale.
