Le défi du recyclage des batteries au lithium-ion

Qu’advient-il des batteries de chariots élévateurs usagées ?

La complexité du recyclage est parfois présentée comme un obstacle à l’adoption des batteries au lithium-ion (Li-ion), mais cela devrait-il vous dissuader d’acheter ? Pour obtenir des conseils sur ce point, Mark Nicholson se tourne vers des entreprises qui gèrent différentes étapes du cycle de vie des batteries.

Il commence par discuter des défis liés au stockage, à la collecte et au transport des batteries au lithium-ion en fin de vie avec une entreprise largement impliquée dans ces activités. Il s’entretient ensuite avec un fleuron européen du recyclage sur le processus de récupération des matériaux présents dans les accumulateurs au lithium-ion. Enfin, il découvre comment un fabricant de batteries au lithium-ion conçoit des produits plus sûrs et offrant une meilleure recyclabilité.

Nul besoin de s’inquiéter

Le groupe d’envergure internationale ECOBAT Technologies est le plus grand producteur de plomb au monde. Il est également un distributeur important de batteries au plomb-acide, au lithium-ion et autres. Tom Seward est le directeur commercial pour le Royaume-Uni de la division ECOBAT Logistics, dont le service européen OneCallCollection (OCC) traite les batteries mises au rebut, quelles que soient leurs compositions chimiques.

« En tant que groupe, nous n’avons aucun parti pris s’agissant de promouvoir telle ou telle technologie de batterie », déclare Tom. « Le lithium-ion et le plomb-acide ont chacun leur place, l’important étant de choisir la solution la mieux adaptée à chaque application spécifique. En prenant votre décision, vous n’aurez pas à vous soucier de la recyclabilité ».

Il explique : « La directive européenne concernant les batteries exige que toutes les batteries soient recyclées en fin de vie. En outre, elle impose au fabricant de batteries de veiller à ce que cela se fasse effectivement. Dans le cas des batteries au lithium-ion usagées, les utilisateurs peuvent avoir à payer pour la logistique de la collecte, mais en ce qui concerne le recyclage, la législation se fonde sur la responsabilité du fabricant.

« Bien qu’il y ait actuellement un retard dans le traitement des batteries au lithium-ion usagées en attente de recyclage, il ne s’agit que d’une situation temporaire que le marché corrigera. À mesure qu’augmentera la demande de recyclage des batteries au lithium-ion, le nombre et la capacité des entreprises de recyclage continueront de croître pour y faire face ».

Dur à gérer

S’il est vrai que les batteries automobiles constituent une part importante de la charge de travail du service OCC, le secteur des chariots élévateurs n’en demeure pas moins une source importante. Par ailleurs, les batteries portables sont collectées dans les points de recyclage en magasin et auprès des municipalités. En dépit de l’engouement que connaissent les batteries au lithium-ion, Tom note que les volumes restent assez faibles sur le marché des chariots élévateurs.

Pour les batteries au lithium-ion usagées, le stockage, la collecte et le transport nécessitent une réflexion approfondie. Si les batteries au lithium-ion sont sûres lorsqu’elles sont utilisées, manipulées et éliminées correctement, Tom tire la sonnette d’alarme sur le fait que les enjeux de sécurité ne sont pas toujours bien compris. « Vous n’approcheriez pas une flamme nue de l’orifice de remplissage du réservoir à carburant d’un chariot élévateur diesel. Pour les chariots élévateurs alimentés par batterie, des règles de base similaires s’imposent également. Qui plus est, vous pouvez faire, avec une batterie au plomb-acide, certaines choses qui ne seraient pas sans risque avec une batterie au lithium-ion ». De même, il y a des dangers associés au plomb-acide que le lithium-ion permet d’éviter.

Et de poursuivre : « Le risque associé au lithium-ion est l’emballement thermique, dans lequel le système de gestion de la batterie perd le contrôle et une soudaine réaction en chaîne produit une énorme décharge de chaleur pouvant entraîner un incendie. Cela peut être causé par une décharge complète, une surcharge, une perforation ou un endommagement de la batterie, voire par un défaut de fabrication.

« Ce danger potentiel subsiste lorsqu’une batterie au lithium-ion est mise au rebut, surtout si elle est détériorée ou en mauvais état. En raison de leur nature volatile et de leur potentiel d’auto-combustion, les batteries au lithium-ion usagées sont classées comme marchandises dangereuses en vertu de la réglementation européenne ADR (Accord européen relatif au transport international des marchandises Dangereuses par Route). »

Le service OCC d’ECOBAT Logistics commence par des conseils et un soutien sur ces questions, notamment par une évaluation sur site des conditions de stockage ainsi que par des recommandations d’amélioration, le cas échéant. Pour le stockage et le transport des batteries au lithium-ion, le service OCC fournit des récipients spéciaux dont le système de conditionnement offre une conception d’extinction d’incendie. Les batteries sont inspectées avant d’être transportées dans un véhicule compatible ADR vers l’un des sites de collecte du service OCC. Une fois à destination, elles sont triées par type et stockées en toute sécurité jusqu’à ce qu’une quantité optimale soit prête à être transférée vers une usine de recyclage.

Démontage des batteries

Les batteries au plomb-acide sont considérées comme étant plus faciles à recycler que les batteries au lithium-ion. « Elles ont moins de composants et une structure relativement standardisée qui est simple à démonter », explique Tom. « Jusqu’à 96 % de leurs composants peuvent être recyclés, y compris la quasi-totalité du plomb. Ce taux de récupération est supérieur à celui correspondant au recyclage du papier et du verre, par exemple ».

Les boîtiers de batteries au plomb-acide peuvent être recyclés en nouveaux matériaux à base de polypropylène, tandis que l’électrolyte d’acide sulfurique est transformé en gypse (sulfate de calcium dihydraté), lequel est utilisé comme conditionneur de sol et dans les matériaux de construction à base de plâtre. Le plomb à lui seul valorise ces batteries au-delà du prix du recyclage. En revanche, le coût du recyclage des batteries au lithium-ion est généralement plus élevé que la valeur des matériaux récupérés.

La relative complexité et la variété des conceptions et structures des batteries au lithium-ion font que le recyclage n’est pas toujours simple. En outre, les méthodes de collage utilisées pour maintenir ensemble certaines d’entre elles rendent leur démontage délicat. Toutefois, comme nous le verrons plus tard, il est possible de concevoir des batteries au lithium-ion en tenant compte de la facilité de séparation, de la réutilisation des composants et de la recyclabilité des matériaux.

« Jusqu'à 96 % de leurs composants peuvent être recyclés, y compris la quasi-totalité du plomb. Ce taux de récupération est supérieur à celui correspondant au recyclage du papier et du verre ».

Le processus de recyclage des batteries au lithium-ion

Nickelhütte Aue GmbH (NHA), basée en Allemagne, est l’une des plus grandes entreprises de recyclage d’Europe. Elle reçoit des batteries de véhicules électriques provenant de toutes les grandes entreprises automobiles, ainsi que de plus en plus de batteries provenant du secteur des chariots élévateurs.

« Nous avons près de 400 ans d’expérience en tant qu’entreprise de recyclage et de travaux pyrométallurgiques », indique Patrick Renner, directeur régional de NHA pour l’Europe du Nord et de l’Ouest. « Nous sommes des spécialistes mondiaux du recyclage des déchets contenant du nickel, du cuivre, du cobalt, du vanadium, du molybdène et du tungstène. Ces déchets nous parviennent sous forme de catalyseurs et de boues provenant des industries chimiques, pétrochimiques et de galvanoplastie, ainsi que sous forme de produits recyclables issus du processus d’hydrogénation des huiles, des graisses et d’autres substances. Nous récupérons les métaux des batteries au lithium-ion depuis 2011 ».

Le dernier résultat en année complète (2019) concernant l’efficacité globale du recyclage des batteries au lithium-ion chez NHA s’élève à 74,5 %. À noter qu’il s’agit là d’une moyenne et que certaines batteries au lithium-ion offrent des taux de récupération plus élevés. « Les principaux métaux réutilisables extraits sont le nickel, le cobalt, le cuivre, l’aluminium et le fer », déclare Patrick. « Ces métaux étant présents en faibles quantités, nous devons faire payer une taxe de recyclage aux fabricants de batteries afin de couvrir nos coûts. Pour l’instant, la récupération du lithium n’est pas rentable, mais cela ne représente qu’environ 2 % du poids d’une batterie. Nous avons augmenté notre capacité au fil des ans pour répondre aux besoins croissants de recyclage des batteries au lithium-ion et nous sommes prêts à faire face à une augmentation de la demande future ».

Les processus de recyclage des batteries au lithium-ion de NHA reposent sur un traitement pyrométallurgique suivi d’une étape hydrométallurgique. Dans le cadre du traitement pyrométallurgique, qui a lieu au cœur de l’usine, les matériaux sont fondus dans un four à haute température. Il en résulte un produit intermédiaire contenant des métaux concentrés. Dans l’étape hydrométallurgique, le produit intermédiaire est lixivié sous pression pour produire du sulfate de nickel, du sulfate de cuivre et du sulfate de cobalt par extraction au solvant.

« Afin de garantir qu’il ne reste aucun composé résiduel à l’issue de notre processus de recyclage, nous utilisons la chaleur issue des gaz résiduels pour produire de la vapeur et de l’électricité pour nos activités », ajoute Patrick. « Nickelhütte Aue recherche constamment des améliorations permettant de relever les défis du marché. Notre plus récent perfectionnement en matière d’écoresponsabilité est un brûleur spécial utilisant des combustibles renouvelables, tels que les déchets à haute teneur en calories issus de la production d’huile végétale ».

Progrès en matière de sécurité

Triathlon Battery Solutions est l’un des principaux développeurs et fabricants mondiaux de batteries au plomb-acide et au lithium-ion, ce qui garantit là encore une opinion impartiale. Le succès de Triathlon en ce qui concerne les enjeux liés à la sécurité du transport et à la recyclabilité doit beaucoup à son approche modulaire de la conception, de l’entretien et du recyclage des batteries au lithium-ion.

Ralf Kölzer, responsable grands comptes chez Triathlon Batterien GmbH en Allemagne, en expose les principes pertinents. « Nous assemblons nos batteries dans un “plateau” métallique solide et épais. Cette structure en caisson contient et protège les modules d’énergie et autres éléments. Les modules, qui contiennent des accumulateurs au lithium-ion, sont chacun intégrés dans un boîtier de protection robuste en aluminium. Nos accumulateurs ont été évalués par l’industrie automobile, qui les soumet à des tests rigoureux et très coûteux afin de garantir leur fiabilité et leur sécurité. Nous emballons hermétiquement les modules dans le plateau, nous y ajoutons des poids, et nous fixons le tout fermement afin d’éviter tout mouvement pendant le transport ou l’utilisation. Avec une structure blindée offrant une telle stabilité, les risques de dommages sont minimes ».

Pour les chariots élévateurs, Triathlon produit des modules déclinés en versions 24, 36 et 40 V. Les modules peuvent être combinés au sein d’un plateau afin de concevoir des batteries plus grandes, jusqu’à 80 V. En cas de panne, le module individuel concerné peut être échangé dans le pays de l’utilisateur. Cela réduit à la fois la nécessité d’un transport international des batteries et les précautions supplémentaires généralement associées à ce type d’acheminement.

Ralf souligne qu’un module non fonctionnel n’est pas nécessairement un module dangereux. « Un capteur fissuré ou une connexion cassée, par exemple, ne présente aucun danger. L’unité centrale de commande (CCU) de la batterie de Triathlon, dont les données sont accessibles à distance, peut repérer des erreurs diverses et variées. À moins que le module ne soit perforé, bosselé, voire gravement détérioré, les normes de transport UN 38.3 des Nations unies ne le classent pas comme dangereux. Dans le cadre du transport de nos modules, nous utilisons toujours des emballages conformes à l’accord ADR. Plus précisément, nous suivons l’instruction ADR P903, pour l’ensemble des accumulateurs et des batteries, et l’instruction P911, pour les accumulateurs et batteries au lithium-ion endommagés ou défectueux, lesquels éléments ne doivent être transportés que par une partie autorisée ».

Progrès en matière de recyclabilité

Si un module défectueux peut être réparé, il sera retourné au client. La configuration modulaire des batteries de Triathlon permet également de s’adapter aux changements apportés au parc du client. « Si un client achète une nouvelle génération de chariots élévateurs nécessitant une taille et une forme de plateau différentes, ou une autre capacité de batterie, nous pouvons réorganiser les modules existants pour répondre à ces besoins », explique Ralf.

Après une longue durée de vie dans la manutention, les modules de batteries au lithium-ion de Triathlon peuvent avoir une deuxième ou une troisième vie dans un autre secteur. L’entreprise est soucieuse de récupérer ses batteries après chaque cycle de vie afin que les composants puissent être réutilisés.

En autorisant d’autres utilisations, les grandes batteries au lithium-ion offrent d’amples possibilités pour retarder le recyclage et tirer un bénéfice supplémentaire des ressources ayant servi à leur conception. Lorsqu’une batterie vieillit, sa capacité de charge diminue. Lorsqu’elle ne maintient plus une charge suffisante pour assurer le bon fonctionnement d’un chariot élévateur ou d’une automobile, elle doit être remplacée. Il se peut toutefois qu’elle dispose encore d’une capacité suffisante pour assurer une autre fonction. Le stockage d’énergie dans les réseaux électriques s’impose comme une fonction évidente. Des groupes de batteries de deuxième ou troisième vie peuvent emmagasiner de l’électricité pendant les périodes de pointe de production, par des sources renouvelables ou conventionnelles, puis la libérer plus tard pour combler les lacunes de l’approvisionnement.

« Les modules de batterie au lithium-ion de Triathlon ne sont pas recyclés tant qu’ils ne sont pas complètement arrivés en fin de vie », confirme Ralf. « Ce n’est qu’à ce moment que nous les retirons de la batterie et les envoyons au recyclage. Les composants restants de la batterie peuvent être réutilisés, notamment le plateau, les poids et les éléments électriques. Ils sont faciles à déposer, car nos batteries ne sont ni collées ni soudées. Soulignons que les accumulateurs au lithium-ion ne représentent que 20 %, voire moins, du poids de la batterie, de sorte qu’au moins 80 % des matériaux de la batterie sont réutilisés. Notre taux de recyclage pour le contenu relativement faible des accumulateurs est d’environ 86 %, et il ne cesse d’augmenter ».

Plomb versus lithium

Alors, où en est le débat sur la comparaison entre plomb-acide et lithium-ion ? « Pas de plomb dans l’aile pour le plomb », souligne Tom Seward d’ECOBAT. « Les batteries au plomb-acide offrent de nombreux avantages importants et, dans la plupart des cas, elles restent le choix prédominant des utilisateurs de chariots élévateurs. S’il est utilisé dans la bonne application, le lithium-ion a cependant beaucoup à offrir. De nombreux facteurs doivent être pris en compte lors du choix d’une batterie, notamment le coût initial beaucoup plus élevé du lithium-ion, mais la recyclabilité ne devrait pas être un obstacle ».

Ralf Kölzer de Triathlon confirme ce point de vue : « Nous sommes très heureux de fabriquer et de vendre des batteries au plomb-acide et des batteries au lithium-ion. Mais pour le client, cette prise de décision s’avère complexe. En faveur du lithium-ion, je soulignerais en particulier la très longue durée de vie. Avec le lithium-ion, il est également moins souvent nécessaire d’échanger les batteries et d’en assurer l’entretien, ce qui, dans le cas du plomb-acide, peut avoir des répercussions en matière de mauvaise manipulation et de mauvais usage et être à l’origine de dangers associés. Parallèlement, le choix du plomb-acide n’est pas démuni de bonnes raisons. Nous encourageons les acheteurs à ne pas considérer le recyclage ou la sécurité du transport comme des problèmes pour l’une ou l’autre de ces technologies de batteries. Nous les enjoignons plutôt à effectuer des recherches approfondies sur tous les enjeux, à demander l’avis d’experts impartiaux et à faire le meilleur choix pour leurs propres besoins opérationnels ».