Industrie & Technologies : Votre pilote industriel inauguré à Trappes le 14 novembre extraira nickel, cobalt et manganèse des batteries Li-ion. Mais c'est dans une autre usine que vous extrairez le lithium restant, sous une forme bien particulière. Pouvez-vous préciser laquelle ?
Sophie Lebouil : En Asie, le lithium recyclé par voie hydrométallurgique est obtenu sous forme de carbonate. C'est aussi sous cette forme qu'est produit le lithium primaire (issu de l'extraction minière, ndlr) dans notre usine de Centenario en Argentine. Mais l’hydroxyde de lithium est une forme intéressante de lithium. Ces deux sels, le carbonate et l'hydroxyde de lithium sont utilisés en tant que « précurseurs » pour faire les matériaux de cathode. Le carbonate de lithium est le précurseur des premières générations, que l’on retrouve dans les chimies NMC (nickel-manganèse-cobalt) allant jusqu'à 60 % de nickel. L'hydroxyde de lithium est, lui, privilégié pour les cathodes plus riches en nickel, vers lesquelles l'industrie évolue. C'est sur cet hydroxyde qu'Etamet se concentre pour le recyclage des batteries via son projet Relieve, qui vise à créer une boucle fermée pour produire des matériaux de qualité batterie à partir de black mass.
Quels sont les avantages de l'hydroxyde par rapport au carbonate de lithium ?
L'hydroxyde est plus stable à haute température pour la production des matériaux de cathode que le carbonate de lithium. Il est également plus favorable pour les fabricants parce que le sel contient moins de lithium que le carbonate. Donc c'est un produit qui se valorise mieux. Pour résumer, c'est un produit prémium, pour des batteries premium riches en nickel. Nous avons ainsi constaté que la plupart des gigafactories annonçaient la production de batteries NMC 811 (avec donc 80% de Nickel, ndlr), c'est à dire que les producteurs de cathodes allaient plutôt privilégier l'hydroxyde que le carbonate.
Cette voie est aussi moins délétère pour l'environnement...
En recyclage, la voie carbonate est imparfaite en termes de rendement et présente de sérieux défis environnementaux. Nous allons extraire le lithium de la solution issue de l'extraction des autres métaux. Cette première extraction est réalisée dans notre usine pilote de Trappes, où l'on met en solution la black mass avec de l'acide sulfurique pour former des sulfate de nickel et des sulfates de cobalt. En fin de processus, une solution de sulfates est obtenue, comprenant du lithium et du sodium. L'extraction du lithium sous forme carbonate est simple mais elle laisse des impuretés, ce qui nécessite une purification ultérieure avec un rendement d'environ 80 %. De plus, elle pose des défis environnementaux, générant des effluents riches en sulfate de sodium qui doivent être traités et souvent rejetés en mer.
La production d'hydroxyde de lithium, elle, passe par une succession d'évapo-cristallisation à l'issue de laquelle les sels sont séparés et le sulfate de sodium récupéré. Ce procédé est bien plus coûteux et plus énergivore que la voie carbonate. En revanche, on récupère près de 30 mètres cubes d’eau par heure grâce à ce procédé.
En quoi cette technologie d'extraction du lithium sous forme hydroxyde est-elle innovante ?
Sous la forme primaire, la technique se fait par voie de chlorure, nous n’avons pas la complexité du sulfate qui se rajoute lors du processus de recyclage par hydrométallurgie. A notre connaissance, la technique n'a pas encore été mise en œuvre dans le recyclage et nous travaillons actuellement avec un partenaire spécialisé pour adapter la technique d'extraction d'hydroxyde de lithium à nos solutions de recyclage hydrométallurgique.
Quels sont les verrous techniques restants et les optimisations nécessaires pour l’adapter ?
Après l'extraction du nickel, cobalt et manganèse, la solution liquide issue de l’usine pilote de Trappes contient des traces d'impuretés avec une composition dépendant de la black mass initiale. Nous travaillons donc, avec un partenaire externe, à optimiser notre procédé d’évapo-cristallisation post-hydrométallurgie en présence d'impuretés issues d'une black mass variable. L’objectif est de parvenir à améliorer les équipements actuels conçus avec notre partenaire pour les intégrer dans notre future usine à Dunkerque en 2027.
A terme, combien d'hydroxyde de lithium prévoyez-vous produire ?
Eramet prévoit de produire environ 5000 tonnes par an d'hydroxyde de lithium à destination des producteurs de matériaux de cathode. Cette production devra répondre progressivement à la réglementation européenne qui oblige, dès 2031, les fabricants de matériaux de batteries à intégrer ces matières recyclées, avec une exigence initiale de 6% de lithium recyclé, de nickel, et 16% de cobalt recyclé pour une nouvelle batterie.
