Impacts de la flambée des prix des matériaux critiques sur les coûts futurs des véhicules électriques (VE)

Figure 1a, b et Fig. S3 dans les renseignements supplémentaires, présentez les variations des prix des matières essentielles (c.-à-d. le lithium, le cobalt, le nickel et le manganèse) par rapport aux niveaux de 2015 selon les scénarios élevé, moyen et faible de la flambée des prix des matériaux entre 2020 et 2060. Nos résultats indiquent que dans le scénario élevé, le cobalt aurait les augmentations de prix les plus élevées de 213% d’ici 2030 et de 467% d’ici 2060. Le prix du lithium continuerait d’augmenter au cours des 15 premières années, augmentant d’environ 380% d’ici 2035, puis resterait stable. Le nickel connaîtrait une augmentation de prix la plus faible de 164% d’ici 2060. Le manganèse, un matériau clé dont l’intensité matérielle est relativement faible, augmenterait son prix de 313% d’ici 2060. Selon les scénarios moyen et faible, les prix du lithium, du cobalt, du nickel et du manganèse augmenteraient de 230 %, 257 %, 142 % et 116 % (moyen); et 170 %, 201 %, 83 % et 121 % (faible) d’ici 2060, respectivement, ce qui est inférieur à ceux du scénario élevé. Les fortes augmentations des prix de ces matériaux critiques pourraient avoir un impact significatif sur les coûts des batteries et donc sur le coût des véhicules électriques.

un L’illustration des principaux liens de cause à effet de l’étude, b Évolution des prix des quatre matériaux critiques sur la période 2020-2060, c Évolution des coûts des véhicules électriques par sous-secteur, d Évolution des coûts des véhicules électriques et électroniques par sous-secteur. BLS fait référence au scénario de base dans lequel le rythme d’adoption des véhicules électriques satisfera à l’exigence de l’objectif de neutralité carbone et le coût des véhicules électriques diminuera rapidement conformément à sa tendance de développement historique et prévue en Chine, telle que rapportée dans la littérature existante; Scénario élevé dans lequel une augmentation rapide du prix des matériaux critiques affecte les coûts des véhicules électriques; Scénario moyen dans lequel une augmentation constante du prix des matériaux critiques affecte les coûts des véhicules électriques; Scénario bas dans lequel une légère augmentation du prix des matériaux critiques affecte principalement les coûts des véhicules électriques au cours des périodes intermédiaires et ultérieures de la prévision. Tous les véhicules électriques de cette figure sont équipés de LIBs NCM622; et la variation des prix des matières critiques est comparée aux prix correspondants en 2015.

Figure 1c et Fig. S6 dans les renseignements supplémentaires montrent que l’évolution des coûts des véhicules électriques est attribuable à la flambée des prix des matériaux. En l’absence d’une flambée des prix des matériaux (scénario de base, BLS), les coûts futurs des véhicules électriques continueraient de baisser, principalement en raison de l’innovation technique. En revanche, l’introduction d’une flambée des prix des matériaux entraînera une augmentation substantielle du coût des véhicules électriques. Prendre des véhicules électriques équipés de nickel-cobalt manganèse (LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂) (NCM622) À titre d’exemple, dans le scénario élevé, le secteur des véhicules utilitaires légers à quatre roues (LDV-4W) aurait l’augmentation la plus élevée du coût des véhicules électriques, qui atteindrait 0,046, 0,070, 0,106 et 0,141 (1990)$/passe-km pour une mini-voiture, une voiture sous-compacte, une voiture compacte, une grosse voiture et un VUS d’ici 2030 (7%, 9%, 10% et 8% de plus que ceux du scénario BLS, respectivement), les coûts correspondants atteignant respectivement 0,048, 0,073, 0,116 et 0,148 (1990)$/passe-km en 2060 (15%, 19%, 21% et 18% de plus que ceux du scénario BLS). Le coût des véhicules électriques dans le secteur des autobus augmentera également fortement, ce qui portera le coût des autobus légers et lourds à 0,023 et 0,040 (1990)$/passage-km d’ici 2060 (11 % et 15 % de plus que ceux du BLS). Le secteur des camions électriques connaîtrait l’augmentation la plus faible d’environ 9% par rapport au scénario BLS d’ici 2060. Pendant ce temps, le coût des véhicules électriques dans le scénario moyen serait inférieur d’environ 3 à 12% à celui des scénarios élevés d’ici 2060, en raison du niveau relativement plus faible de menace par la flambée des prix des matériaux. L’ampleur de l’augmentation des coûts des véhicules électriques sera également réduite dans le scénario Low, mais à partir de 2035, elle serait supérieure de 1 à 6% à celle du BLS. Cet ensemble de résultats montre clairement que si les prix des matériaux critiques continuent d’augmenter, le coût des véhicules électriques serait considérablement élevé.

Les coûts des véhicules électriques équipés d’autres types de LIB seront également augmentés par les flambées des prix des matériaux critiques, tout comme les véhicules électriques équipés de LIBs NCM622 (Figs. S5 à S11). Dans le scénario Élevé, leurs coûts continueraient d’augmenter, surtout après 2035, avec une augmentation relativement élevée pour les véhicules électriques équipés de LIBs ternaires (5 à 14 % et 5 à 32 % plus élevés). que ceux du scénario BLS d’ici 2030 et 2060, respectivement). Les coûts des véhicules électriques équipés de LIBs sans cobalt (LFP et LMO) auraient une augmentation plus faible d’environ 3% (d’ici 2030) et 4% (d’ici 2060) par rapport au scénario BLS. Bien que l’augmentation du coût des véhicules électriques soit évidente dans tous les scénarios critiques de flambée des prix des matériaux, en particulier à long terme, l’ampleur est plus faible dans les scénarios moyens (11 à 17% de moins que dans les scénarios élevés d’ici 2060) et les scénarios bas (12 à 18% de moins que dans le scénario élevé d’ici 2060). D’autre part, il convient de noter que les coûts des véhicules électriques équipés de LIBs à haute teneur en cobalt seraient grandement affectés par la flambée des prix des matériaux critiques (lithium, cobalt, nickel et manganèse) dans les LIB.

Ce sont les coûts relatifs qui influencent le choix des consommateurs entre des technologies concurrentes (p. ex., VCI). Par conséquent, nous analysons également l’évolution du coût des véhicules électriques (Fig. 1d et S12). Selon le scénario BLS, les coûts ICEV dans le secteur LDV-4W sont de 0,042, 0,058, 0,098 et 0,153 (1990)$/passe-km pour une mini-voiture, une voiture sous-compacte, une voiture compacte, une grosse voiture et un SUV en 2020, et les augmentations de ces valeurs seront de 4 à 12% d’ici 2030 et de 6 à 31% d’ici 2060. Les coûts des VIC pour les autobus légers et les autobus lourds seront respectivement de 0,027 et 0,043 (1990)$/passage-km d’ici 2060, soit environ 5 % de plus qu’en 2030. Les coûts des véhicules électriques dans le secteur des camions augmenteront de 1 à 11 % entre 2030 et 2060. Les coûts des véhicules électriques à combustion interne dans les scénarios de flambée des prix des matériaux montrent de légères augmentations d’environ 0,02 à 0,05% par rapport au BLS, en raison de l’augmentation des coûts du carburant causée par les consommateurs qui passent des véhicules électriques aux véhicules électriques. Ces résultats suggèrent que le coût du VIC demeurera relativement stable de 2020 à 2060 selon tous les scénarios.

La flambée des prix des matériaux critiques affaiblit le taux de pénétration des véhicules électriques

Figure 2a montre que les stocks totaux projetés de véhicules électriques chinois équipés de LIBs NCM622 atteindraient environ 66 millions d’unités (25% du parc total de véhicules) d’ici 2030 et environ 550 millions (68% du parc de véhicules) d’ici 2060 dans le scénario de neutralité carbone BLS. Les figures S19 à 21 présentent les résultats pour les véhicules électriques équipés de tous les types de batteries dans les quatre scénarios. Les résultats obtenus dans le cadre du BLS indiquent que la réduction des coûts grâce à l’innovation technique et en l’absence d’une flambée des prix des matériaux accélérerait l’électrification des flottes. Cependant, l’augmentation du coût des véhicules électriques causée par la flambée des prix des matériaux critiques saperait l’effet positif de l’innovation technique et entraverait les progrès de l’électrification des parcs. Comme le montre la Fig. 2b, il y aurait environ 37 millions (haut), 43 millions (moyen) et 65 millions (faible) d’unités de véhicules électriques en Chine d’ici 2030, soit 44%, 35% et 1% de moins que ceux du BLS en 2030, et ces parts diminueront à 29%, 12% et 2% d’ici 2060. L’augmentation du coût des véhicules électriques rend les véhicules électriques plus attrayants sur le plan économique. En conséquence, le stock total de véhicules électriques à combustion interne atteindrait 204 millions (élevé), 197 millions (moyen) et 181 millions (faible) d’unités d’ici 2030, soit 6, 5 et 3 fois le stock de véhicules électriques correspondant, respectivement (Fig. 2c).

un Total des stocks de véhicules, b stocks de véhicules électriques par sous-secteur, c Stocks de véhicules électriques par sous-secteur. Les scénarios de BLS, High, Medium et Low sont les mêmes que dans la Fig. 1; EV, véhicule électrique (véhicule électrique désigne le véhicule électrique à batterie dans le présent document); ICEV, véhicule à moteur à combustion interne; Tous les véhicules électriques de cette figure sont équipés de LIBs NCM622.

Figure 3 et Figues. S22-28 confirment que les prévisions de pénétration future des véhicules électriques concordent avec la part de marché croissante des véhicules électriques^36,37. En l’absence d’une flambée des prix des matériaux (scénario BLS), le taux de pénétration des véhicules électriques continuera d’augmenter, atteignant un plateau d’environ 71% vers 2045, puis entamant une baisse modérée entre 2055 et 2060 et terminant à 67% d’ici 2060 (en raison de l’adoption accrue des véhicules à hydrogène (FCEV)) (Figs. S22 à 28). Les flambées des prix des matériaux critiques tendent à ralentir cette tendance à la pénétration. En prenant l’exemple des véhicules électriques équipés de LIBs NCM622, le taux de pénétration des véhicules électriques diminuerait à 35%, 41% et 43% d’ici 2030 dans les scénarios High, Medium et Low, respectivement. En raison de la hausse continue des prix des matériaux critiques, les taux de pénétration des véhicules électriques qui en résulteraient dans les scénarios High, Medium et Low seraient réduits à 51%, 60% et 66%, respectivement, en 2060, soit 24%, 11% et 1% inférieurs à ceux du BLS. Avec l’augmentation du coût des véhicules électriques, le taux de pénétration de l’ICELes Vs augmenteront de 14 et 16 points de pourcentage dans le scénario High par rapport au BLS d’ici 2030 et 2060, respectivement (Fig. S23). Dans chacun des secteurs des véhicules LDV-4W, des autobus et des camions, le taux de pénétration des véhicules électriques dans le secteur des véhicules électriques LDV-4W est influencé plus fortement par la flambée des prix des matériaux critiques, en grande partie parce que les véhicules électriques sont principalement utilisés pour les véhicules de tourisme, tandis que les véhicules utilitaires préfèrent adopter les FCEV. Ces résultats suggèrent que la flambée des prix des matériaux critiques affaiblirait considérablement la compétitivité du marché des véhicules électriques.

EV, véhicule électrique (véhicule électrique fait référence au véhicule électrique à batterie dans le présent document). ICEV, véhicule à moteur à combustion interne. Les scénarios de BLS, High, Medium et Low sont les mêmes que dans la Fig. 1.

Explorons plus en détail les changements dans les taux de pénétration des VE dans les cas où les VE sont équipés de différentes LIBs (Fig. 3 et Figues. S22 à 28). Nos résultats montrent que le taux de pénétration des véhicules électriques serait supérieur de 5, 12 et 13 points de pourcentage dans les scénarios NCM622-High, NCM811-High et NCM9.5.5-High que celui du scénario NCM111-High d’ici 2030, et les valeurs correspondantes augmenteraient à 22, 33 et 37 points de pourcentage d’ici 2060. Cela signifie que le remplacement du cobalt coûteux par du nickel dans les LIBs peut améliorer la compétitivité du marché des véhicules électriques. Les LIBs sans cobalt n’augmenteront le taux de pénétration des VIC que d’environ 5 (2030) et 3 (2060) points de pourcentage dans les scénarios LFP-High et LMO-High, et le taux de pénétration ICEV résultant est inférieur de 9 et 13 points de pourcentage à ceux du scénario NCM622-High, respectivement. Ces résultats suggèrent également que le développement de batteries qui ne contiennent pas de matériaux extrêmement rares serait en mesure d’atténuer considérablement la menace d’une flambée des prix des matériaux critiques pour le taux de pénétration des véhicules électriques.

La hausse des coûts augmente le dioxyde de carbone (CO₂)

Figure 4 et S30 déclarent le CO direct (c.-à-d. le tuyau d’échappement)₂ du transport routier pour la période 2020-2060 dans différentes conditions de pénétration des véhicules électriques. Grâce au déploiement intensif des véhicules électriques dans le cadre du scénario BLS, CO₂ les émissions du transport routier atteindraient un pic de 0,63 Gt/an d’ici 2030, puis diminueraient à 0,22 Gt/an d’ici 2060. La principale source d’émission dans ce cas est le secteur LDV-4W, qui est responsable de plus de 60% du CO du transport routier₂ au cours des quarante dernières années. Cependant, dès que la flambée des prix des matériaux fait baisser le taux de pénétration des véhicules électriques, la valeur maximale du CO₂ d’ici 2030, les émissions des scénarios élevés deviendraient supérieures d’environ 10% à celles du scénario BLS, atteignant 0,66 à 0,71 Gt/an. D’ici 2060, CO₂ deviendraient 1,2 et 2,5 fois plus élevées que dans le scénario BLS, soit 0,27 à 0,54 Gt/an. La raison en est que le taux de pénétration croissant des véhicules électriques à combustion interne augmenterait la demande de combustibles fossiles (Figs. S13–18), entraînant une augmentation du CO₂ Émissions. Dans ce cas, le secteur des passagers a tendance à utiliser des véhicules électriques et serait donc plus vulnérable à la flambée des prix des matériaux critiques, ce qui entraînerait le CO le plus élevé₂ augmentation des émissions (représentant ~75 % du CO total)₂ en 2060) par rapport à d’autres scénarios, le secteur LDV-4W, en particulier, étant le secteur du CO qui connaît la croissance la plus rapide₂ (Fig. 4b, d, f). Ces résultats indiquent qu’une baisse du taux de pénétration du marché des véhicules électriques par rapport à celui du scénario BLS entraînerait une augmentation du CO₂ dans le secteur du transport routier en Chine, en particulier dans le secteur LDV-4W.

un, c, e CO₂ d’ici 2060 selon les scénarios élevé, moyen et faible, respectivement. b, d, f CO du transport routier₂ par secteur d’ici 2060, les véhicules électriques étant équipés de différentes batteries lithium-ion (LIB). g le CO cumulé₂ de 2020 à 2060. Les scénarios de BLS, High, Medium et Low sont les mêmes que dans la Fig. 1.

Un autre ensemble de constatations indique que l’augmentation de CO₂ sont plus importantes pour les véhicules électriques équipés de LIBs ternaires, en particulier ceux avec des LIBs à haute teneur en cobalt. Tout d’abord, avec la réduction de la teneur en cobalt, le₂ dans les scénarios NCM622-High, NCM811-High et NCM9.5.5-High seraient inférieures de 22 %, 35 % et 39 % à celles du scénario NCM111-High d’ici 2060. Deuxièmement, l’augmentation du CO₂ dans les scénarios moyen et faible, elles seraient environ la moitié de celles des scénarios élevés en raison de la moindre pression exercée par la flambée des prix des matériaux sur les véhicules électriques. L’utilisation de LIBs sans cobalt pourrait alléger la pression sur le CO₂ , avec CO₂ d’environ 0,66 Gt/an d’ici 2030 et de 0,27 Gt/an d’ici 2060 en utilisant les LFP ou les LAMP d’AMT, soit 3 à 7 % d’ici 2030 et 18 à 50 % d’ici 2060 de moins que celles utilisant les LIBs NCM dans les scénarios élevés. En conséquence, l’exploration de matériaux alternatifs pour la fabrication de batteries serait en mesure de réduire la pression sur les coûts sur le développement des véhicules électriques.

Figure 4G présente le CO cumulatif₂ de 2020 à 2060 dans le transport routier selon différents scénarios. Notre résultat montre que lorsque les véhicules électriques sont équipés de NCM622 LIB, le CO cumulé₂ dans le transport routier pourraient atteindre 23, 21 et 19 Gt dans les scénarios High, Medium et Low respectivement, soit 28%, 12% et 5% de plus que celles du scénario BLS. Ces valeurs sont 3,6, 3,2 et 3,0 fois le budget carbone du secteur du transport routier, et 3,0, 2,6 et 2,5 fois le budget carbone des transports. Les véhicules électriques dotés de LIBs sans cobalt (LFP et AMT) pourraient réduire le CO cumulatif₂ du transport routier à un niveau d’environ 19 Gt, ce qui signifie une diminution de 3 à 14 % par rapport au scénario NCM622. La discussion ci-dessus indique que la flambée des prix des matériaux dans les véhicules électriques exercerait une nouvelle pression sur les efforts de la Chine pour réduire le CO₂ dans le transport routier et même compromettre la réalisation de l’objectif de neutralité carbone de la Chine d’ici 2060.

Le recyclage des matériaux favorise l’électrification des flottes

Figure 5 présenter les résultats selon les combinaisons du scénario RE (recyclage) et des scénarios High, Medium et Low. Le potentiel de recyclage des matériaux montre une tendance à la hausse (Fig. 5a). En raison des effets différés du recyclage des matériaux, la proportion résultante de matériaux recyclés par rapport à la demande totale de matériaux dans le secteur LDV-4W, autobus et camion ne sera que de 3%, 18% et 3%, respectivement, en 2030, mais cette valeur pourrait atteindre 85%, 86% et 70%, respectivement, d’ici 2060. Les matériaux recyclés réduisent la mesure dans laquelle les matériaux nécessaires aux véhicules électriques sont exposés à la flambée des prix des matériaux sur les marchés internationaux, réduisant ainsi la probabilité d’une flambée des coûts pour les véhicules électriques. Prenons l’exemple des véhicules électriques équipés de NCM622 LIBs (Fig. 5a et S32), le coût des véhicules électriques diminuera à environ 0,05-0,15 (1990) $/passe-km d’ici 2030 pour LDV-4W dans les scénarios High-RE, Medium-RE et Low-RE, qui sont légèrement inférieurs à ceux des scénarios High, Medium et Low, respectivement. Dans le secteur des autobus et des camions, le recyclage des matériaux ne contribuera qu’à réduire le coût des véhicules électriques d’environ 1 % d’ici 2030. Mais les avantages du recyclage des matériaux peuvent être importants à long terme. D’ici 2060, le coût des véhicules électriques dans les scénarios High-RE, Medium-RE et Low-RE sera inférieur de 11 à 15%, 4-6% et 4-5% à celui des scénarios High, Medium et Low dans le secteur LDV-4W pour atteindre environ 0,05-0,13 (1990)$/passe-km, ce qui est fondamentalement le même que celui du scénario BLS (même dans le scénario High). Le coût des véhicules électriques dans le secteur des autobus et des camions diminuera d’environ 2 à 10 % dans les scénarios d’énergies renouvelables d’ici 2060. D’autres évolutions des coûts des véhicules électriques dans les scénarios de RE-combinaison peuvent être trouvées dans les figures. S31 à S37. Ces résultats montrent clairement que le recyclage des matériaux peut réduire considérablement l’impact de la flambée des prix des matériaux sur le coût des véhicules électriques, en particulier à long terme.

un Le potentiel de recyclage des matériaux et l’effet sur l’évolution des coûts des véhicules électriques. b Taux de pénétration des véhicules électriques et des véhicules électriques électriques d’ici 2060. c CO cumulatif₂ Émissions. d CO₂ par année. Note: Les scénarios de BLS, High, Medium et Low sont les mêmes que dans la Fig. 1. L’EnR est un scénario dans lequel seule la demande primaire est affectée par le prix du marché du matériau concerné; MS est la part de marché des véhicules; EV, véhicule électrique (électrique véhicule désigne le véhicule électrique à batterie dans le présent document); ICEV, véhicule à moteur à combustion interne; LDV-4W, véhicule utilitaire léger à quatre roues; Tous les véhicules électriques de cette figure sont équipés de batteries lithium-ion NCM622 (LIB).

La diminution du coût des véhicules électriques augmentera le taux de pénétration des véhicules électriques. Comme le montre la Fig. 5b, le recyclage des matériaux contribuera à augmenter le taux de pénétration des véhicules électriques (avec des LIBs NCM622) de 7, 1 et 1 point de pourcentage d’ici 2030 dans les scénarios High-RE, Medium-RE et Low-RE, respectivement, et les taux résultants sont toujours inférieurs de 14%, 8% et 6% à ceux du scénario BLS. Cependant, le recyclage augmentera le taux d’adoption des véhicules électriques à 59%, 66% et 67% dans les scénarios High-RE, Medium-RE et Low-RE, respectivement, d’ici 2060 (beaucoup plus proche de 67% sous le BLS). Cela réduira inévitablement la part de marché d’ICEV de 12 points de pourcentage (à environ 10%), de 2 points de pourcentage (à environ 6%) et de 2 points de pourcentage (à environ 6%), ce qui rendra la part de marché d’ICEV proche de celle du BLS (6%). Que tous les véhicules électriques soient équipés de LIBs sans cobalt, le recyclage peut réduire la pénétration du marché des ICEV aux niveaux de référence, même dans le scénario High-RE (d’autres scénarios de RE-combinaison que NCM622-RE peuvent être trouvés dans les Figs. S38 à S44). Ces résultats soulignent que le recyclage aurait des effets remarquables pour atténuer le défi du prix des matériaux dans le développement des véhicules électriques à long terme.

En raison du rôle positif du recyclage des matériaux dans la promotion du développement des véhicules électriques, le CO cumulatif qui en résulte₂ en 2020 à 2060 selon les scénarios High-RE, Medium-RE et Low-RE diminuent à 22 Gt, 20 Gt et 19 Gt, respectivement, soit 8 %, 2 % et 1 % de moins que celles des scénarios High, Medium et Low (17 %, 9 % et 4 % de plus que celles du scénario BLS) (Fig. 5c). Bien que le CO₂ dans les scénarios de RE-combinaison, les émissions provenant du transport routier ne diminueront que de moins de 1 % par rapport à celles des scénarios haut, moyen et faible d’ici 2030. Après 2030, les différences de CO₂ entre les scénarios RE et BLS se rétrécissent. D’ici 2060, le CO₂ diminueront à 0,27 Gt/an, 0,24 Gt/an et 0,23 Gt/an dans les scénarios à haute ER, moyenne et faible RE, respectivement, qui sont respectivement 36 %, 12 % et 10 % inférieurs à ceux des scénarios haut, moyen et faible (Fig. 5d). Pour les véhicules électriques équipés de LIBs sans cobalt, le recyclage des matériaux peut réduire le CO cumulatif₂ à un niveau seulement 2 à 7% supérieur à ceux du BLS (Fig. S45). Cela indique que le recyclage des matériaux peut faciliter la transition vers une économie sobre en carbone dans le secteur des transports à long terme.