Des batteries de Renault Zoé, d’autres de véhicules de Daimler… Sur les grands bacs noirs, la provenance des batteries lithium-ion en attente de recyclage est affichée en gros. A l’intérieur, les sachets de poudre noire, la blackmass obtenue après le broyage des cellules de batteries, attendent d’être traités par hydrométallurgie dans le centre de recherche d'Eramet Ideas à Trappes (Yvelines).
Depuis 2019, le groupe minier collabore avec Suez et BASF pour mettre au point un procédé innovant afin de recycler en boucle fermée le nickel, le cobalt, le manganèse et le lithium contenu dans les batteries lithium-ion des véhicules électriques. Le projet de recherche ReLieVe, soutenu à hauteur de 3 millions d’euros par des fonds européens de l’EIT Raw materials, s’est achevé en décembre 2021 avec succès. Les partenaires sont parvenus à extraire et purifier les métaux critiques à un niveau de pureté compatible avec une réutilisation dans de nouvelles batteries automobiles.
Une usine pilote au deuxième trimestre 2023
Eramet enclenche maintenant la deuxième étape. Le groupe minier va installer une usine pilote à Trappes, sur le site de son centre de recherche, afin de tester à l’échelle pré-industrielle, et en continu, son procédé de raffinage. Elle devrait démarrer ses essais au printemps 2023. En cas de succès, le groupe envisage une décision d’investissement à horizon 2025-2026. « Nous avons validé chaque étape du procédé, mais nous cherchons maintenant à optimiser son efficacité. Le pilote va aussi nous servir à tester les différents types de blackmass et vérifier que notre solution conserve ses performances sur chacun d’eux », détaille Thierry Guelton, responsable du partenariat du projet de recyclage de batteries chez Eramet. L’usine pilote devrait aussi traiter de 3 à 6 fois plus de poudre noire que dans le démonstrateur actuel.
En parallèle, Eramet poursuit les discussions avec Suez, afin de construire en amont une usine de production de blackmass en 2024. Dans cette phase amont, les batteries sont broyées sous atmosphère inerte, afin d’éviter les risques de court-circuit et d’incendies. Puis la blackmass est séparée des plastiques, du cuivre et de l’aluminium contenu dans les cellules. Les deux groupes « continuent à évaluer les meilleures options pour l’implantation de cette nouvelle activité de recyclage en France », assure Eramet dans un communiqué, après la signature d'un accord de partenariat début 2022. BASF a en revanche préféré se retirer pour développer sa propre solution.
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Alors que la durée de vie des batteries est estimée entre 10 et 15 ans, et tend à s’allonger, le stock de batteries en fin de vie est limité en France. D’autant qu’elles peuvent être utilisées pour d’autres usages après leur utilisation pour la mobilité électrique, avant d’être recyclées. En attendant, l’Europe pourra compter sur les rebuts de la trentaine de gigafactories européennes prévues à l’horizon 2024-2026 pour alimenter le recyclage en quantité. Car les taux de rejets sont importants dans les usines de batteries : ils représentent près de 10 % de la production totale.
Course de vitesse pour respecter la réglementation
Pour les industriels, il s’agit surtout d’être prêts en prévision de la directive européenne sur le recyclage des batteries, qui fixe des objectifs de collecte et de réemploi des matières recyclées dans les batteries électriques à partir de 2025. Après un an de négociation, le Conseil européen a validé le 17 mars le projet de réglementation. Le Parlement européen avait déjà donné son feu vert. De quoi permettre une adoption définitive avant la fin de l’année, à l’issue des négociations entre Conseil et Parlement.
L’Europe ambitionne de passer de 45% du poids de la batterie recyclé, à 65% en 2025, et 70% en 2030. Les industriels seront tenus de récupérer 90% du cobalt, du manganèse et du nickel des cathodes, et 35% du lithium d'ici à fin 2025. Les taux de recyclage devront atteindre 95% et 70% en 2030. Les nouvelles batteries devront de leur côté contenir en 2030 près de 12% de cobalt, ainsi que 4% de lithium et autant de nickel recyclé.
Le graphite pas (encore) concerné
Bilan : Eramet n’est pas le seul à s’intéresser au sujet. Alors que les méthodes actuelles privilégient la pyrométallurgie, qui ne permet pas de réutiliser le cobalt et le nickel récupérés pour la production de nouvelles batteries, ni d’extraire le lithium, Veolia s’est associé à Solvay et Renault sur un projet similaire d’hydrométallurgie. Orano avance de son côté avec le CEA, Paprec, MTB manufacturing et Saft.
« Nos taux de recyclage obtenus pour l’instant sont supérieurs à ceux exigés par la directive européenne », se félicite Thierry Guelton. L’Europe doit encore fixer le mode de calcul de recyclage des matières. Depuis un an et demi, le centre de R&D d’Eramet s’est constitué une base de données permettant de caractériser les compositions des différentes blackmass disponibles sur le marché, en fonction des technologies de cathodes et de leur provenance, afin d’améliorer le procédé et ses taux de récupération.
La poudre de blackmass est dissoute dans un bain acide, puis circule dans une cascade de petites cuves contenant des extractants. Chacun vient séparer un par un le cobalt, le nickel et le manganèse. La solution est ensuite injectée dans des filtres presse afin de retenir le graphite, seul métal resté sous forme insoluble. Pour l’instant, l’Europe ne fixe pas de cible de recyclage pour le graphite. « Il est le seul élément à ne pas être réutilisé dans les batteries. Mais nous y travaillons avec des partenaires », souligne Yves Le Quesne, directeur R&D d’Eramet Ideas, qui envisage aussi de progresser sur la récupération des solvants. A l’issue du procédé, le lithium est le seul métal restant dans la solution.
