Les batteries, moteurs de l'énergie de demain grâce au recyclage automatisé

Risques de pénurie des matières premières

La hausse à venir du volume de batteries fabriquées et des secteurs desservis dépendra en grande partie de la disponibilité d'une source fiable de certains matériaux, tels que le lithium, le cobalt, le cuivre, le nickel, le manganèse et le graphite.

À l'heure actuelle, la Chine domine non seulement la production de batteries, mais aussi l'approvisionnement en matières premières, car elle possède la plupart des mines en Afrique, en Australie et en Amérique du Sud. L'Europe dispose de ses propres réserves de matières premières, mais celles-ci ne sont pas encore exploitées et le processus d'ouverture d'une mine se compte en années et non pas en quelques mois.

Il existe toutefois une autre solution pour obtenir des matières premières : elle consiste à récupérer le lithium des batteries existantes. En théorie, cette technique prometteuse pourrait permettre à l'Europe de maîtriser son approvisionnement en établissant une production en boucle fermée durable, moins dépendante des fluctuations de la chaîne logistique mondiale. Mais dans la pratique, le recyclage des batteries est un processus complexe qui pose de nombreux défis.

Les défis du recyclage des batteries

Premier problème, le manque de standardisation au niveau des formules chimiques et de la fabrication des batteries. Aujourd'hui, personne ne sait vraiment ce qui se trouve à l'intérieur des batteries en circulation. Les entreprises de recyclage ont créé des bases de données pour identifier les modèles de batterie et savoir quels matériaux sont utilisés pour tenter de mettre de l'ordre, mais aucune n'est à l'abri d'une mauvaise surprise lors de l'ouverture d'une batterie. En effet, les batteries subissent des modifications chimiques et structurelles irréversibles qui peuvent dégrader les matériaux. De même, un changement de fournisseur de matières premières au cours du cycle de vie d'un sous-type particulier peut entraîner des changements de composition.

La qualité constitue un autre problème pour les entreprises de recyclage qui cherchent à extraire et récupérer les matières premières des batteries. Le lithium, par exemple, doit être pur à 100 % pour être réutilisé. S'il est contaminé ne serait-ce que très légèrement pendant le processus de recyclage, il devient inutilisable.

Enfin, les batteries ne sont pas toutes renvoyées en bon état et les dégâts sont parfois invisibles, ce qui ne simplifie pas la tâche des entreprises de recyclage. Par exemple, une batterie peut provenir d'une voiture accidentée ou les composants utiles d'une batterie électronique ont pu être dissous, empêchant ainsi son recyclage.

Peut-on offrir une seconde vie aux batteries ?

Le recyclage des batteries ne se limite pas à récupérer des matières premières pour produire de nouvelles batteries. Il faut aussi réparer et réutiliser des batteries pour leur donner une seconde vie. Dès que la capacité d'une batterie passe sous les 80 % (niveau considéré comme acceptable pour les véhicules électriques), celle-ci peut tout à fait être réutilisée comme solution de stockage d'énergie.

Toutefois, cela soulève des problèmes particuliers et les entreprises de recyclage doivent suivre un long processus de prise de décision pour déterminer si une batterie peut connaître une seconde jeunesse avant de l'ouvrir. Elles doivent également s'assurer qu'elles disposent de suffisamment de batteries identiques pour les projets de stockage d'énergie à grande capacité, dans lesquels le mélange des types de batteries n'est pas possible.

Tri et démontage des batteries : une opération manuelle

Opération éminemment complexe, le démontage des batteries pour recyclage reste un processus entièrement manuel. Il s'agit essentiellement d'un processus de fabrication inversée dans lequel les composants électroniques et les produits chimiques doivent être retirés séparément. Cette tâche manuelle n'est pas seulement fastidieuse, elle est aussi dangereuse. La batterie doit être déchargée avant d'être démontée, car si un opérateur touche les parties actives d'une batterie chargée, il peut subir un choc électrique grave. La présence de matériaux toxiques tels que des solvants et des électrolytes représente également un risque grave pour la santé et la sécurité.

La réglementation européenne sur les batteries

La nouvelle réglementation européenne sur les batteries marque une étape importante de la mise en place d'une économie circulaire pour les batteries et leurs composants. En plus d'introduire des objectifs d'efficacité du recyclage, de récupération des matériaux et de contenu recyclé, la législation impose plusieurs exigences qui permettront de résoudre les problèmes auxquels les entreprises de recyclage sont actuellement confrontées.

L'une des clauses stipule que les batteries utilisées dans les véhicules et les produits électroniques doivent être amovibles. Cela permet non seulement de prolonger la durée de vie de ces produits, mais aussi de faciliter le retrait des batteries pour les recycler.

Autre exigence : à partir de 2027, tous les véhicules électriques et toutes les batteries industrielles de plus de 2 kWh vendus dans l'Union européenne nécessiteront un passeport de batterie unique récupérable via un code QR. Ce passeport va changer la donne au niveau du recyclage des batteries et va lever de nombreuses incertitudes concernant la composition des batteries.

Toutefois, ces passeports numériques mettront du temps à trouver leur utilité chez les entreprises de recyclage. Les batteries ont une durée de vie minimale de huit ans, et leur durée de vie réelle est généralement proche de 15 ans. Cela signifie que les premières batteries dotées d'un passeport numérique ne seront disponibles qu'en 2035 et que des batteries sans passeport seront toujours utilisées en 2040. D'ici là, il est urgent de faire progresser les techniques de test et de mesure technologiques.

Le potentiel révolutionnaire de l'automatisation

L'automatisation intelligente est la clé pour trier et démonter des batteries de manière sûre et efficace en vue de les recycler. La technologie de vision et de détection peut être combinée avec l'analyse des données et l'IA pour identifier le type de batterie. Les robots peuvent effectuer des tâches dangereuses telles que l'ouverture, la décharge et le démontage de la batterie, sans mettre en danger les opérateurs humains, tandis que les processus numérisés peuvent prendre en charge la séparation de la « masse active ».

OMRON est un partenaire du réseau de recherche allemand DiLiRec qui, au cours des trois prochaines années, développera des processus de recyclage durables pour le phosphate de fer au lithium (LFP) de la cathode. Le tri, le démontage et le dénudage des électrodes des batteries, ainsi que l'enregistrement systématique des données dans les sous-processus de recyclage des batteries, ont été identifiés comme des conditions préalables au recyclage efficace des déchets d'exploitation. OMRON apporte son expertise de la robotique, de l'analyse de données et de la vision et la détection basées sur l'IA à cet écosystème expérimental qui rassemble les fabricants de batteries, les chercheurs et les entreprises de recyclage.

L'Europe ne peut pas produire ses batteries sur ses seules ressources, ce qui menace la croissance de ses industries de l'énergie et de l'électromobilité. Le développement de l'infrastructure européenne de recyclage des batteries est essentiel pour garantir l'approvisionnement en matières premières dont ces industries ont besoin, et pour mettre en place une économie circulaire permettant de concrétiser le potentiel de durabilité des technologies à base de batteries. L'automatisation du tri et du démontage des batteries est un rouage minuscule mais crucial de cette machine et OMRON est fier de contribuer à ce changement de modèle.