Comment transformer 360 000 tonnes de piles usagées par an en un trésor de matières premières ?
Augmentation de la rentabilité et de la recyclabilité grâce au recyclage direct
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Qu'adviendra-t-il à l'avenir des batteries usagées des véhicules électriques ? Comment recycler efficacement leurs matériaux précieux afin de créer un véritable cycle pour les batteries à base de lithium ? Dans le cadre de ses activités de recherche et de développement, le Centre Fraunhofer de R&D pour l'électromobilité (FZEB) mène des travaux de recherche et de développement sur des solutions efficaces et durables pour le recyclage des batteries en Allemagne. Aujourd'hui, un autre projet commun entre les chercheurs et l'industrie des batteries a été lancé pour le recyclage direct des matériaux des batteries : ProBatman, qui vise à optimiser les étapes du processus tout au long de la chaîne de recyclage en termes de pureté et de rendement.
L'électromobilité a pris de l'ampleur, dans le monde entier comme en Allemagne. Que se passe-t-il lorsque les batteries concernées sont mises hors service ? À partir de 2040, on s'attend à recevoir chaque année jusqu'à 360 000 tonnes de batteries lithium-ion en fin de vie. Les traiter comme des déchets serait un gaspillage de ressources. Les procédés de recyclage pyrométallurgique et hydrométallurgique des piles au lithium actuellement en vigueur ne ciblent que certains des matériaux utilisés dans les piles au lithium-ion. En outre, ils nécessitent une forte consommation d'énergie ou de grandes quantités de matériaux auxiliaires et ne sont donc pas assez efficaces. Avec les technologies adéquates, les piles en fin de vie peuvent non seulement servir de source de matières premières essentielles, mais aussi fournir des matériaux fonctionnels déjà traités, ce qui permet d'économiser de l'énergie et des ressources. Les technologies nécessaires doivent maintenant être développées, optimisées et mises à l'échelle afin d'être disponibles à temps.
Conformément à la stratégie allemande en matière de développement durable et au règlement de l'UE sur les piles, le projet ProBatman, lancé récemment, vise à récupérer le plus grand nombre possible de composants matériels à partir des piles usagées. Le projet, coordonné par Netzsch-Gerätebau GmbH, voit un potentiel ambitieux dans le recyclage direct et dans la resynthèse et la réutilisation comparatives des matières premières récupérées. Le traitement par ProBatman des 340 000 tonnes de piles usagées prévues annuellement à partir de 2040 pourrait permettre d'économiser jusqu'à 1,3 gigatonne d'équivalents CO₂ (1 gigatonne = 1 milliard de tonnes).
Augmentation de la rentabilité et de la recyclabilité grâce au recyclage direct
Les matériaux des batteries Li-ion modernes ne contiennent ni nickel ni cobalt, ce qui rend l'utilisation de procédés hydro- ou pyrométallurgiques moins rentable. C'est pourquoi ProBatman se concentre systématiquement sur la récupération des composants volatils et des sels de guidage. Cet aspect est pris en compte dès la première étape, à savoir l'ouverture en toute sécurité des éléments de la batterie sous gaz inerte. La séparation des matériaux actifs stockant le lithium-ion des électrodes, ainsi que le déliantage et le triage qui s'ensuivent, doivent également être effectués avec le plus grand soin et la plus grande précision possible grâce aux nouvelles technologies. Les matériaux récupérés sont analysés, nettoyés et régénérés d'une manière spécifique en vue de leur réutilisation, en fonction de leur type.
Priorité à la sécurité, à la transférabilité et à la maturité technologique
Les technologies requises pour les différentes étapes du processus seront testées en termes d'évolutivité, de respect de l'environnement et d'autres aspects liés à la sécurité. Parallèlement, tous les paramètres de processus et les données sur les matériaux disponibles seront évalués dans le cadre d'une analyse prospective du cycle de vie afin d'identifier d'autres possibilités d'optimisation et de faire passer progressivement les technologies à un niveau de maturité plus élevé. Cela devrait rendre l'ensemble du processus de recyclage intéressant pour les fabricants de batteries et les entreprises de recyclage spécialisées.
Avec les partenaires du projet BMW AG, EurA AG, Fraunhofer ISC, Netzsch Group et l'université de Würzburg, un consortium expérimenté est prêt à s'attaquer aux obstacles technologiques. Le consortium est soutenu par IBU-tec advanced materials AG, Trumpf Laser- und Systemtechnik SE, Jungheinrich AG & Co. KG, Zahner Elektrik GmbH & Co. KG, et Delfortgroup AG.
Le centre de R&D Fraunhofer pour l'électromobilité (FZEB) de l'Institut Fraunhofer pour la recherche sur les silicates (ISC) a commencé à s'intéresser au recyclage direct des batteries lithium-ion dans le cadre de ses propres recherches il y a plusieurs années. Dans une série de projets, la classification (c'est-à-dire la séparation par type) et la récupération du phosphate de fer lithié à l'aide de centrifugeuses semi-continues ont été démontrées, et des recherches sur la régénération de différents matériaux actifs ont été lancées. Afin de se rapprocher de l'objectif principal d'une batterie lithium-ion durable et recyclable, des approches de conception pour le recyclage et les avantages des jumeaux numériques font également l'objet de recherches. En outre, le Fraunhofer ISC apporte au projet son expertise scientifique en matière de recherche et d'analyse des matériaux pour les batteries lithium-ion, ainsi que sa propre installation de production pilote pour les piles à poche.
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