Industrie du lithium : besoin d'amélioration de l'empreinte carbone et de la consommation d'eau
Matières premières dans une batterie de voiture, en utilisant un exemple de 200 kg. Source ISE SA
Quelle que soit la chimie des batteries qui prévaudra dans les voitures électriques dans les années à venir : le lithium restera un composant irremplaçable dans les batteries de propulsion à l'avenir. La demande pour le métal léger augmentera considérablement dans les années à venir - et avec elle les problèmes écologiques associés à l'exploitation minière.
Malgré la pandémie de Covid et la guerre en Ukraine, la demande de voitures électriques monte en puissance. Notamment parce que les politiciens de nombreux pays ont fixé une date d'expiration pour la production de voitures à combustion - l'UE a fixé une date butoir de 2035.
En 2022, plus de 17 millions de voitures électriques (y compris les hybrides rechargeables) seront en circulation dans le monde, dont la moitié en Chine. En 2021, le nombre de nouvelles immatriculations dans le monde était de sept millions. En Allemagne, le gouvernement fédéral veut doubler le nombre de véhicules électriques à 2030 millions d'ici 15. Selon l'Agence internationale de l'énergie, pour atteindre la neutralité climatique mondiale d'ici 2050, il faudrait que deux milliards de voitures électriques circulent sur les routes du monde.
Goulots d'étranglement du lithium inévitables
L'électromobilité est donc un moteur clé de la demande de lithium. Selon les estimations de l'industrie du lithium, les trois quarts de la demande de lithium proviennent des batteries des voitures électriques. En 2021, la production mondiale de lithium était de près de 100.000 21 tonnes de lithium métal pur. Une augmentation de 2021% par rapport à l'année précédente. La consommation a encore augmenté en 93.000 d'un tiers à 2030 2028 tonnes. Le cabinet d'analystes Fastmarkets s'attend à ce que la demande soit légèrement supérieure à l'offre dès l'année prochaine. Cette tendance devrait s'intensifier régulièrement jusqu'en XNUMX. À partir de XNUMX environ, de nombreux analystes s'attendent à de graves pénuries de produits au lithium compatibles avec les batteries.
L'électrification des mobilités au nom de la protection du climat entraîne une course de plus en plus agressive pour l'accès à « l'or blanc » face à la pénurie prévisible. Dans le même temps, cependant, l'importance d'une extraction des métaux de batterie d'une manière respectueuse de l'environnement et socialement responsable devient de plus en plus évidente. Les constructeurs automobiles allemands, en particulier, sont très intéressés par le lithium durable, notamment en raison de la loi sur la chaîne d'approvisionnement. Parce que les voitures « propres » sont aussi propres que leur chaîne d'approvisionnement. Alors, d'où vient le lithium des voitures électriques fabriquées en Allemagne et quelle empreinte l'extraction et la transformation laissent-elles derrière ? Selon la société, le lithium des véhicules électriques de Mercedes Benz AG et du groupe Volkswagen provient d'Australie et du Chili, tandis que BMW provient d'Australie et d'Argentine.
Le spodumène, un minerai contenant du lithium
Plus de la moitié de "l'or blanc" extrait dans le monde provient actuellement d'Australie, où 55.000 49 tonnes de lithium ont été extraites l'an dernier. Le lithium est extrait du spodumène, un minerai contenant du lithium, dans une exploitation classique à ciel ouvert. Avec un salaire de six pour cent, les gisements australiens sont très attractifs. L'Australie-Occidentale abrite également la plus grande mine de lithium au monde, Greenbushes, qui appartient à des Américains, des Chinois et des Australiens. Le géant américain de la chimie Albermarle détient 26,01%, le producteur chinois de lithium Tianqi 24,99% et la société minière australienne IGO 5,7%. Le US Geological Survey estime les réserves de l'Australie à XNUMX millions de tonnes.
Par bateau diesel vers la Chine
Cependant, le minerai de lithium n'a pas encore été traité en Australie. Il est amené en Chine par des navires à moteur diesel. Afin de rendre le lithium adapté aux batteries, le minerai est chauffé à 1000 degrés Celsius dans des usines de conversion à forte intensité énergétique, généralement alimentées au charbon, et traité avec des produits chimiques pour obtenir du carbonate de lithium ou de l'hydroxyde de lithium.
Selon les calculs de Roskill, neuf tonnes de CO2 sont émises par tonne d'équivalent carbonate de lithium raffiné (LCE). Avec l'augmentation de la demande de lithium au cours de cette décennie, Roskill prévoit que les émissions de carbone provenant de la production de lithium seront multipliées par six d'ici 2. Bien que la production de voitures électriques soit plus intensive en CO2030 que celle des voitures à combustion, de nombreuses études arrivent à la conclusion qu'elles réduisent le sac à dos de CO2 au cours de la vie de la voiture et sont généralement plus respectueuses du climat que les moteurs à combustion. Néanmoins, des questions restent sans réponse, telles que l'efficacité de la production de batteries et les sources d'énergie qui seront utilisées pour recharger le nombre croissant de voitures électriques. De plus, selon la recommandation du fabricant, les piles doivent être remplacées tous les huit à dix ans.
Après tout, le bilan CO2 du lithium australien pourrait bientôt s'améliorer pendant le transport. Depuis mai, la coentreprise sino-australienne Tianqi Lithium Energy Australia est la première raffinerie de lithium d'Australie à produire de l'hydroxyde de lithium. Le concurrent américain Albermarle a également construit une raffinerie de lithium à 100 kilomètres au nord de la mine de Greenbushes. Mais il faudra quelques années avant que les deux raffineries puissent traiter une capacité suffisante et de nombreuses tonnes de minerai de lithium auront quitté les ports australiens pour la Chine.
L'empreinte carbone du lithium augmente
Le laboratoire national d'Argonne, un institut de recherche du département américain de l'énergie, évalue la proportion d'émissions de CO2 du carbonate de lithium dans une batterie lithium-ion à environ quatre pour cent. Le cabinet de conseil en gestion Minviro, spécialisé dans les analyses de cycle de vie pour l'exploitation minière, se réfère aux prévisions du marché qui supposent que le carbonate de lithium sera de plus en plus remplacé par l'hydroxyde de lithium à l'avenir car il assure une plus longue autonomie en raison de la densité énergétique plus élevée. Afin d'obtenir de l'hydroxyde de lithium, des processus supplémentaires sont nécessaires, qui sont associés à une consommation d'énergie plus élevée et donc à des émissions plus élevées.
Cependant, les émissions provenant de la production d'hydroxyde de lithium varient considérablement en fonction de la source de lithium. Dans une analyse du cycle de vie, Minviro a calculé les émissions pour différentes sources. L'hydroxyde de lithium de qualité batterie, qui provient des salars en Argentine, arrive en tête avec huit tonnes de CO2 par tonne. À 15 tonnes, l'hydroxyde de lithium du spodumène australien a des émissions presque deux fois plus élevées. Si l'industrie du lithium ne parvient pas à réduire de manière significative les émissions de carbone lors de la production, la proportion attribuée au lithium dans une batterie passera de 20 à 30 à XNUMX %.
Stress hydrique dans le triangle du lithium
La production de lithium en Amérique du Sud est considérée comme plus respectueuse du climat. 70 % des réserves mondiales de lithium sont situées dans ce que l'on appelle le triangle du lithium, qui s'étend sur les plateaux secs du Chili, de l'Argentine et de la Bolivie. Le métal léger est extrait ici de l'eau salée qui est pompée d'une profondeur de plusieurs centaines de mètres vers la surface dans des bassins d'évaporation. La teneur en lithium de la saumure est bien inférieure à un pour cent. Il faut jusqu'à douze mois pour que suffisamment d'eau s'évapore avant que la teneur en lithium n'atteigne six pour cent. Bien que le processus d'évaporation prenne beaucoup de temps, il n'utilise que l'énergie solaire naturelle, ce qui a un effet positif sur le bilan CO100. Une étape préliminaire de carbonate de lithium compatible avec les batteries est produite sur place, dont la majeure partie est ensuite également expédiée en Chine pour y être traitée. Alors que l'empreinte carbone ne représente qu'un tiers de celle du lithium du spodumène australien, l'extraction solaire exerce une pression sur les systèmes d'eau dans la zone extrêmement aride. Jusqu'à deux millions de litres d'eau sont utilisés pour une tonne de lithium.
Le triangle du lithium dans la zone aride de l'Amérique du Sud
70 % du lithium dérivé de la saumure provient de zones classées comme à haut risque pour l'eau par le Water Risk Atlas du World Resource Institute. Les habitants, pour la plupart des autochtones qui vivent au bord du désert de la culture et de l'élevage depuis des siècles, se sont plaints des pénuries d'eau depuis que le lithium a été extrait à grande échelle. Entre 2000 et 2015, 21% d'eau en plus a été prélevée dans la région d'Atacama que celle fournie par la pluie ou la fonte des eaux.
Systèmes d'eaux souterraines en boîte noire
Les habitants observent également une diminution du nombre de flamants roses, qui ont leur habitat sur les lacs salés à des altitudes allant jusqu'à 4000 XNUMX mètres. Les animaux, adaptés aux eaux très salées, s'y reproduisent et se nourrissent d'artémias. Une étude de chercheurs britanniques publiée cette année confirme désormais les observations des habitants. Selon les auteurs, le nombre d'animaux dans le Salar de Atacama, où se concentre l'extraction du lithium, a diminué de dix à douze pour cent. Ils attribuent la perte à l'extraction du lithium car, selon les chercheurs, le nombre de flamants roses est resté constant dans des zones comparables où aucun lithium n'est extrait. L'exploitation minière modifie les concentrations de sel dans les salars, ce qui affecte l'écosystème.
Les scientifiques soupçonnent également que l'élimination de grandes quantités d'eau salée a un impact négatif sur les réservoirs d'eau douce voisins car ils coulent et se salinisent. Les sociétés Albermarle et SQM, qui exploitent du lithium au Chili, nient que la baisse de l'eau ait quoi que ce soit à voir avec la production de lithium. Bien que le Chili ait connu une sécheresse historiquement unique pendant douze ans, il n'y a pratiquement aucune étude qui traite de la recherche des systèmes d'eau souterraine et des effets de l'extraction du lithium.
Les constructeurs automobiles allemands Mercedes-Benz, Volkswagen et BMW tentent de faire la lumière sur certains pans de leurs chaînes d'approvisionnement en commanditant des études et en engageant un dialogue avec les acteurs locaux. Cette année, l'Université du Massachusetts Amherst et l'Université d'Alaska Anchorage publient une étude commandée par BMW et BASF. Elle arrive à la conclusion que l'extraction d'eau salée pendant l'extraction du lithium n'est pas corrélée avec les changements dans les eaux de surface ou dans les eaux souterraines. Les auteurs ont constaté que l'eau des écosystèmes a plus de 65 ans. Cela signifie que les systèmes d'eau réagissent aux changements dans l'utilisation de l'eau et le climat beaucoup plus lentement qu'on ne le pensait auparavant. Des décennies peuvent s'écouler avant que les effets de l'extraction du lithium ne soient visibles dans les systèmes d'eau, ce qui nécessite une surveillance étroite.
Contrairement au Chili, où le lithium est extrait depuis les années 1980, l'extraction du lithium à grande échelle est relativement nouvelle dans l'Argentine voisine. Depuis 2015, une joint-venture entre la société minière australienne Allkem, le négociant en métaux japonais Toyota Tsusho et le gouvernement régional produit du lithium à partir du Salar Olaroz-Cauchari. Plusieurs projets miniers sont également en cours. Les voisins du Salar Olaroz-Cauchari se plaignent maintenant aussi des problèmes d'approvisionnement en eau. Avec des scientifiques et des organisations non gouvernementales, ils demandent un moratoire sur l'extraction du lithium en Argentine jusqu'à ce que les systèmes d'eau souterraine et les effets de l'extraction du lithium aient été mieux étudiés. Mais le gouvernement de cet État très endetté a un grand intérêt à gagner sa vie grâce à l'extraction du lithium. Ce n'est que cette année que la société publique gazière et pétrolière YPF a décidé d'exploiter elle-même le lithium à Fiambala, dans l'ouest de la province de Catamarca.
BMW fait confiance au DLE
Le DLE, Direct Lithium Extraction, est considéré comme une alternative plus respectueuse de l'environnement aux bassins d'évaporation. La société américaine Livent utilise cette méthode avec succès depuis de nombreuses années dans le Salar de los Muertos en Argentine. La méthode garantit une utilisation durable de l'eau et minimise l'impact sur les écosystèmes locaux, souligne le groupe BMW, qui a signé un contrat d'approvisionnement pluriannuel avec Livent en 2021 d'une valeur de 285 millions d'euros. En outre, Livent, dont les clients incluent Tesla, fournit des données importantes sur l'étude initiée par BMW sur l'extraction responsable du lithium, selon le groupe.
Le DLE comprend un certain nombre de techniques différentes dans lesquelles le lithium est extrait de la saumure. Celles-ci incluent la précipitation chimique, l'adsorption, l'extraction par solvant ou les technologies membranaires. Le défi est que le DLE doit être adapté à la source de lithium respective car la composition minérale des saumures varie considérablement. La procédure livent n'est donc pas transférable du coup sur les autres salaires. Livent est l'une des rares entreprises à produire commercialement du lithium en utilisant le DLE. Des entreprises comme l'Australien Vulcan Energy, qui veut extraire du lithium dans le Rheingraben allemand, sont toujours à la recherche de la bonne technologie DLE qui peut également être utilisée à grande échelle.
Institut des terres rares et des métaux, novembre 2022
