Les enjeux du recyclage des batteries lithium-ion

Le processus de recyclage des batteries

Les batteries et rebuts de production peuvent être recyclés par différents processus, qui sont tous composés de multiples étapes complexes :

• Collecte : Les rebuts de production et les batteries en fin de vie sont récupérées et transférées vers des sites de stockage. Cela implique la création d’infrastructures adaptées et l’organisation d’une logistique particulière pour garantir la sécurité et notamment éviter les risques d’incendies.
• Pré-traitement :
  • Les batteries seront ensuite démantelées. Les différentes parties seront envoyées à la filière compétente pour être recyclées ou revalorisées.
  • Selon le type de batterie et de méthode de recyclage, il peut être nécessaire de les diagnostiquer et de les décharger au préalable.
  • Si les batteries sont recyclées via de l’hydrométallurgie, une étape intermédiaire de broyage est nécessaire. Elle permet de d’extraire la « black mass » des cellules des batteries. La black mass est une poudre active qui contient entre autres des oxydes métalliques, les matériaux composant initialement l’anode et la cathode. C’est dans cette partie que se concentre la valeur des batteries.
• Extraction des matériaux : L’objectif est ensuite d’extraire les différents métaux avec un haut degré de pureté pour les valoriser ultérieurement. Cela va nécessiter plusieurs sous-étapes d’extraction et de raffinage.

Plusieurs techniques métallurgiques peuvent être employées :

• La Pyrométallurgie : Procédé à haute température permettant de récupérer des scories (« slag ») et des laitiers (« alloy ») comme produits intermédiaires, suivi d’un raffinage par hydrométallurgie.
• L’Hydrométallurgie : Utilisation de solvants chimiques pour dissoudre et récupérer des sels métalliques.

Des étapes ultérieures d’affinage permettront d’amener les métaux à une pureté suffisante pour fabriquer de nouvelles batteries.

Les solutions actuelles les plus performantes permettent déjà de récupérer jusqu’à 95% des composants de la batterie. A l’issue de ce processus, les métaux seront revalorisés par les producteurs de pCAM et CAM, c’est à dire les matériaux actifs de la cathode.

De nouvelles approches sont en train d’être explorées, comme le recyclage direct, dont nous parlerons plus en détail dans le troisième volet de cette série d’articles.

Les 3 enjeux du recyclage des batteries lithium-ion

Enjeux environnementaux

Le recyclage des batteries permet de réduire de moitié l’impact environnemental associé à leur production, notamment en termes de CO2¹The recycling of Lithium-Ion batteries: a strategic pillar for the European Battery Alliance | IFRI. (2020, November 3). https://www.ifri.org/en/studies/recycling-lithium-ion-batteries-strategic-pillar-european-battery-alliance. La fabrication d’une batterie entraîne des émissions significatives de CO₂, estimées entre 5 et 6 tonnes, principalement en raison de ces composants métalliques. Aujourd’hui, les matières premières utilisées dans les batteries proviennent en grande partie de sources minières, dont l’extraction représente près de 80 % de l’empreinte carbone²Les idées reçues sur la voiture électrique  | Carbone 4. (n.d.). https://www.carbone4.com/analyse-faq-voiture-electrique. Récupérer les métaux des batteries recyclées permettrait ainsi de réduire significativement les émissions liées à l’extraction.

En outre, recycler les batteries limiterait également d’autres externalités environnementales et sociales liées à l’extraction minière. Cette dernière engendre en effet des conséquences sociales et environnementales négatives, notamment la consommation d’eau, les pollutions dues à des rejets indésirables dans le sol, l’eau et l’air, la destruction des écosystèmes mais également des conditions de travail précaires dans certaines régions productrices et les violences associées aux contrôles des mines.

Malgré ces avantages, les processus de recyclage actuels ne sont pas irréprochables d’un point de vue environnemental. Ils consomment beaucoup d’énergie et de ressources et sont basés sur des processus chimiques nocifs pour l’environnement et la santé humaine. L’utilisation d’acide sulfurique produit des sulfates de sodium en sous-produit de déchet. De plus, par manque de filière de recyclage consolidée en Europe, les « déchets » de batteries sont aujourd’hui majoritairement envoyés en Asie pour être traités. Établir une approche circulaire en Europe contribuerait ainsi à améliorer l’ACV des batteries fabriquées en Europe.

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Enjeux économiques

L’essor d’une filière de recyclage engendrerait la création de nombreux emplois et de valeur en Europe. Avec les multiples étapes nécessaires au recyclage des batteries (collecte, pré-traitement, extraction des métaux…), c’est un véritable écosystème industriel qui pourrait voir le jour. C’est un exemple d’opportunité que représente la transformation énergétique pour réindustrialiser l’Europe.

Souveraineté énergétique

Les batteries sont composées de métaux critiques, c’est-à-dire dont l’approvisionnement représente un enjeu important, comme le nickel, le manganèse, le cobalt et le lithium. La dépendance actuelle envers l’Asie, en particulier la Chine, qui contrôle une grande partie du raffinage de ces métaux, pose ainsi un risque stratégique pour les producteurs européens.

Avec la croissance attendue du marché des véhicules électriques, cet enjeu deviendra encore plus important. La Commission européenne estime que la demande européenne en lithium sera multipliée par 18 entre 2023 et 2030, et par cinq pour le cobalt³Énergies, C. D., & Énergies, C. D. (2024, September 24). Où en sont les filières de recyclage des batteries des véhicules électriques ? Connaissance Des Énergies. https://www.connaissancedesenergies.org/questions-et-reponses-energies/recyclage-des-batteries-des-vehicules-electriques. Bien que le risque de manque de ressources à horizon 2030 soit limité, la forte croissance de la demande pourrait renforcer les tensions liées à l’approvisionnement.

Aujourd’hui, la majeure partie de la black mass produite en Europe est expédiée en Asie pour être raffinée. Une filière de recyclage européenne contribuerait à rendre la filière batterie circulaire, assurant un approvisionnement en métaux stratégiques plus local et durable aux Gigafactories et limitant leur dépendance aux fournisseurs asiatiques. En 2035, presque 30% du cobalt nécessaire à la fabrication des nouvelles batteries pourrait provenir du recyclage. C’est également le cas de 16% du lithium et de 21% du nickel⁴Veolia. https://www.veolia.com/sites/g/files/dvc4206/files/document/2024/06/veolia-recyclage-batteries-lithium-ion-2024.pdf.

Le recyclage des batteries lithium-ion constitue un enjeu stratégique majeur pour l’Europe. En réduisant l’impact environnemental de la production de batteries, en limitant la dépendance aux importations de métaux critiques et en favorisant l’essor d’un écosystème industriel local, une filière de recyclage européenne solide est un levier essentiel pour accompagner la transition énergétique.

Le recyclage des batteries est composé de plusieurs étapes, qui impliquent toutes des process, acteurs et contextes bien distincts. Ainsi, tous n’ont pas les mêmes besoins et ne sont pas confrontés aux mêmes difficultés dans leur mise à l’échelle. Dans le second volet, nous explorerons les défis de la mise en place d’une filière de batterie circulaire en Europe. Alcimed se tient à vos côtés pour vous aider à relever les défis de la recyclabilité des batteries lithium-ion. N’hésitez pas à contacter notre équipe !

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À propos de l’auteur,

Juliette, Consultante Senior au sein de l’équipe Énergie-Environnement-Mobilité d’Alcimed en France.