Les batteries lithium-ion alimentent non seulement les appareils de tous les jours comme les téléphones cellulaires et les ordinateurs portables, mais elles sont un élément essentiel de la stratégie énergétique alternative des États-Unis et s’éloignent des combustibles fossiles, utilisés dans tout, des véhicules électriques aux panneaux solaires en passant par le stockage d’énergie.
L’administration Biden fait pression pour renforcer les capacités de production de batteries au lithium aux États-Unis depuis plus d’un an. L’effort comprend un financement et des ressources pour l’extraction nationale du lithium et la chaîne d’approvisionnement de bout en bout, y compris le traitement et la fabrication de batteries de véhicules électriques.
L’objectif est de réduire la dépendance du pays à l’égard de l’approvisionnement étranger en lithium et d’accroître l’autosuffisance énergétique du pays. Mais pour y parvenir, les États-Unis devront considérablement élargir leur base nationale de fabrication de lithium.
Le Plan directeur national pour les piles au lithium 2021-2030, élaboré par le Consortium fédéral pour les batteries avancées, ou FCAB, décrit les plans du pays pour renforcer les investissements dans la chaîne d’approvisionnement du lithium, en commençant par l’exploitation minière et en passant par le traitement et la production.
Avec des objectifs d’amélioration du traitement, de l’approvisionnement et du développement de la main-d’œuvre dans l’industrie, le plan directeur met à nu la voie de l’administration Biden vers un avenir énergétique plus durable et l’approvisionnement et les opérations nécessaires pour y parvenir. Mais avec peu d’accès actuel au stock mondial de lithium, ce sera une bataille difficile.
L’approvisionnement national en lithium est une « entreprise énorme »
Le seul producteur de lithium existant aux États-Unis se trouve au Nevada, et le pays détient une estimation 3,6 % de la réserves de lithium, selon le US Geological Survey. La majeure partie de la production mondiale de lithium se trouve en Chine, et la société de conseil Wood Mackenzie estime que le pays représente près de 75% de la capacité mondiale de fabrication de batteries lithium-ion, ainsi qu’une partie de ses réserves de lithium. Les autres réserves de lithium se trouvent principalement en Australie, au Chili et en Argentine.
La puissance étrangère dans l’industrie signifie que les États-Unis doivent s’approvisionner en lithium à l’étranger.
La demande mondiale de batteries lithium-ion augmente également, alors que d’autres pays luttent contre la crise climatique en utilisant des énergies alternatives. Avec cette augmentation de la demande, le marché devrait valoir 100 milliards de dollars au cours des prochaines décennies, a déclaré David Howell, directeur par intérim et directeur adjoint principal du Bureau de la fabrication et des chaînes d’approvisionnement en énergie du ministère de l’Énergie et président du FCAB.
Vue aérienne de la mine de lithium Silver Peak à Silver Peak, Nevada. L’installation est le seul producteur de lithium aux États-Unis.
simonkr via Getty Images
Une grande partie de cette demande provient du marché mondial en plein essor des véhicules électriques, les ventes ayant atteint des niveaux historiques l’année dernière et étant en voie de le faire à nouveau en 2022, selon le Agence internationale de l’énergie. L’administration Biden s’est fixé comme objectif l’an dernier que d’ici 2030, la moitié des voitures neuves vendues aux États-Unis soient des véhicules zéro émission.
L’administration est également allée de l’avant avec des incitatifs financiers aux consommateurs pour les constructeurs automobiles qui s’approvisionnent en minéraux critiques en Amérique du Nord. Mais l’offre intérieure est loin de répondre à la demande.
« Où est l’approvisionnement ? Nous ne fabriquons pas de matériaux d’électrodes », a déclaré Venkat Srinivasan, directeur du Centre collaboratif Argonne pour la science du stockage de l’énergie au Laboratoire national d’Argonne et directeur adjoint de son Centre conjoint de recherche sur le stockage de l’énergie. « Nous ne fabriquons pas de matériaux qui entrent dans le reste de la batterie. Nous ne traitons pas les minéraux. Nous ne les exploitons même pas.
Où sont les réserves mondiales de lithium?
Les dix principaux pays qui abritent des réserves de lithium, en pourcentage de l’offre totale.
Bien qu’essayer de s’approvisionner en matières premières nationales comme le lithium soit une excellente idée, c’est une entreprise énorme, a déclaré Charlie Welch, fondateur et PDG du développeur de batteries ZapBatt. Démarrer de nouvelles opérations minières est une entreprise coûteuse et politiquement lourde.
« Même si nous appuyons sur l’interrupteur et disons que les États-Unis vont le faire du jour au lendemain », a-t-il déclaré, il y a beaucoup d’obstacles, y compris les dépenses et les défis environnementaux. « Il n’est pas facile de sortir des choses spécifiques du sol. »
Pourtant, les constructeurs automobiles ont subi des pressions pour fabriquer chez eux. L’administration Biden offre un Crédit d’impôt de 7 500 $ pour les véhicules électriques si la batterie est fabriquée principalement avec des matériaux extraits ou traités aux États-Unis
« Tous les constructeurs automobiles parlent de la façon dont leur fleet sera principalement électrique d’ici 2030 », a déclaré Srinivasan.
Pour aider à accélérer la production nationale, le président a annoncé une série d’investissements pour soutenir le secteur manufacturier. L’administration Octroi de 2,8 milliards de dollars en subventions le mois dernier pour stimuler la production de composants de véhicules électriques, tels que les matériaux au lithium.
En chiffres : un aperçu du financement des véhicules électriques et des minéraux critiques de la loi bipartite sur les infrastructures
7 milliards de dollars
Le montant alloué pour financer les améliorations dans la chaîne d’approvisionnement en batteries du pays.
320 millions de dollars
Le montant du financement pour la cartographie des minéraux critiques.
140 millions de dollars
Financement de la première raffinerie américaine d’extraction et de séparation d’éléments de terres rares et de minéraux critiques.
Pour aider à réaliser davantage de ces plans et investissements, le gouvernement a également créé Li-Bridge, un partenariat public-privé géré par Srinivasan et Argonne National Laboratory, pour aider à atteindre les objectifs énoncés dans le plan. Avec Li-Bridge, « l’objectif est de combler le fossé entre l’offre de batteries et la demande croissante », a-t-il déclaré.
Li-Bridge vise à rassembler les parties prenantes de l’industrie pour collaborer à la construction de la chaîne d’approvisionnement en lithium. Il s’est efforcé d’aligner la vision du gouvernement fédéral sur celle du secteur privé, de comprendre les goulots d’étranglement dans l’industrie et ce qui doit être fait pour atteindre les objectifs du gouvernement fédéral, a déclaré Srinivasan.
Pour lancer la nouvelle chaîne d’approvisionnement, l’innovation est nécessaire
Néanmoins, pour résoudre les problèmes de capacité, des percées en matière d’innovation seront nécessaires. Certains chercheurs, par exemple, ont créé des batteries qui utilisent moins de minéraux critiques, y compris non seulement le lithium, mais aussi le cobalt et le nickel.
« Il existe des chimies innovantes qui n’utilisent pas de cobalt, qui n’utilisent pas de nickel », a déclaré Howell. « Et certains d’entre eux sont sur le marché aujourd’hui. Les batteries lithium-fer phosphate utilisent du lithium, mais n’ont ni cobalt ni nickel.
La recherche de nouvelles conceptions doit avoir lieu en même temps que l’expansion de la production actuelle, afin d’assurer une amélioration continue, a déclaré Srinivasan. « Nous devons penser à toutes les parties simultanément », a-t-il noté.
« Où est l’approvisionnement ? Nous ne fabriquons pas de matériaux d’électrodes. Nous ne fabriquons pas de matériaux qui entrent dans le reste de la batterie. Nous ne traitons pas les minéraux. Nous ne les exploitons même pas.
Venkat Srinivasan
Directeur, Argonne Collaborative Center for Energy Storage Science at Argonne National Laboratory
Le recyclage est également apparu comme une solution potentielle pour répondre à la demande. Le plan de Biden comprend également des plans pour développer de plus grandes capacités de recyclage capables de capturer des minéraux de batterie plus utiles, a déclaré Howell.
L’objectif du plan directeur est de créer des incitations pour que les entreprises recyclent 90% de l’électronique grand public, des véhicules électriques et des batteries de stockage sur réseau d’ici 2030.
Néanmoins, l’offre de matériaux recyclés ne devant pas répondre à la demande, d’autres entreprises recherchent des formulations alternatives pour leurs batteries.
« Il y a souvent une course pour inventer de nouvelles batteries, une batterie miracle », a déclaré Welch.
Le ZapBatt de Welch est créé avec la technologie lithium-titanate pour produire une batterie plus rapide et plus durable. Développées à l’origine pour un usage militaire, les batteries peuvent se charger en moins de 20 minutes tout en obtenant 15 000 cycles de charge, a-t-il déclaré.
Les États-Unis réussiront-ils?
Pour de nombreux observateurs de l’industrie, l’approche multidimensionnelle du gouvernement américain pour construire une chaîne d’approvisionnement sophistiquée en lithium est un bon début, mais de nombreux défis demeurent. Srinivasan est rassuré par le nombre de petites entreprises avec des centaines de millions de dollars de capacités de fabrication de batteries, et les constructeurs automobiles établissant de nouvelles usines de batteries aux États-Unis. Il voit les entreprises de recyclage recevoir des capitaux pour commencer à collecter et à recycler les piles et les piles.
« Il y a cinq ans, j’avais l’habitude de me tourmenter à ce sujet, pensant que c’était juste un tas de R & D », a déclaré Srinivasan. « [I thought], ‘Comment allons-nous avoir un impact dans le monde réel?’
Pourtant, bien que le recyclage et une économie circulaire soient importants, ils ne sont « pas une solution miracle », a déclaré Welch. « Nous pouvons à peine recycler Tupperware en ce moment. »
Plus d’efforts devraient être consacrés pour s’assurer que les batteries ont une longue durée de vie en premier lieu, a-t-il déclaré. Avec toute l’énergie investie dans l’exploitation minière et l’acquisition de minéraux rares, mettre l’accent sur une durée de vie plus longue des batteries encouragerait les producteurs à utiliser efficacement les matériaux disponibles, en s’éloignant d’une « économie de la mode rapide pour les batteries ».
Mais avec les grandes et les petites entreprises qui se précipitent pour trouver des solutions, de plus en plus de parties prenantes sont prudemment optimistes quant à la possibilité d’une production minérale progressive.Ed durablement.
« Je suis super excité. J’ai plus d’espoir », a déclaré Srinivasan. « Je n’ai jamais vu un moment comme celui-ci. »
