Que se passe-t-il si le monde est à court de lithium?

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Lorsque beaucoup d'entre nous entendent le mot «lithium», nous pensons immédiatement aux batteries. En effet, les batteries lithium-ion sont la forme la plus courante de stockage d'énergie, et vous pouvez les trouver à peu près partout. Le métal alcali doux est présent dans presque toutes les batteries rechargeables, y compris celles des smartphones, des écouteurs sans fil, des montres intelligentes et des véhicules électriques, et il est même dans vos batteries jetables banales.

Par exemple, les noms familiers comme Energizer offrent des batteries AA principalement en lithium. Ces batteries jetables sont généralement jetées dans les ordures, et à partir de là, elles finissent par se retrouver dans une décharge. Même les batteries rechargeables ont une durée de conservation, donc elles aussi sont souvent jetées. Dans les deux cas, le lithium dans ces batteries, une fois jeté, n'est pas réutilisé. Donc, avec tant de lithium jeté et jamais utilisé, cela soulève la question: sommes-nous à risque de s'épuiser? Si nous manquions de lithium, que se passerait-il?

Ce sont des questions importantes, car le lithium est une ressource finie. Pire encore, l'extraction du lithium se produit en grande partie dans les pays en développement, où les préoccupations environnementales et éthiques sont largement négligées. En fait, les perturbations de la chaîne d'approvisionnement sont les candidats les plus probables pour une perte soudaine de lithium, tandis que le risque de s'épuiser est étonnamment faible. L'avenir est incertain pour la terre et les gens qui fournissent au monde du lithium, mais selon les enquêtes géologiques, la croûte terrestre contient une abondance de ce qui est juste une question d'extraction.

Le risque pour l'approvisionnement mondial au lithium dépend des pays qui le produisent, et non de la quantité de réserves dans le sol. L'US Geological Survey a décrit les réserves mondiales comme «relativement abondantes» et les scientifiques soulignent que les technologies continuent de s'améliorer pour l'extraire. Les estimations récentes placent des réserves de lithium «extractibles» à environ 24 millions de tonnes, un nombre qui devrait augmenter à mesure que les technologies s'améliorent. Un risque plus probable pour l'approvisionnement en lithium provient des fournisseurs eux-mêmes. Par exemple, le monde a produit près de 265 000 tonnes de lithium en 2024, mais seulement six pays – l'Argentine, l'Australie, le Brésil, le Chili, la Chine et le Zimbabwe – étaient à l'origine de près de 40% de ce total.

Bien qu'une grande partie du lithium mondial provient d'une poignée de pays, les entreprises qui profitent réellement de l'extraction du métal ne sont pas toujours des ressortissants. De nombreuses entreprises qui profitent de l'extraction au lithium fonctionnent à travers les frontières. L'un des plus grands extracteurs est La Sociedad Química y Minera de Chili. C'est une entreprise qui domine l'extraction au lithium au Chili, mais elle a également d'énormes revendications en Australie. Un autre grand acteur est la société américaine Albemarle, qui réclame aux États-Unis, au Chili et en Australie. Il existe également des entreprises canadiennes avec des mines au Chili et des entreprises chinoises avec des mines en Australie.

Le fait est que les plus grandes sociétés minières au lithium au monde opèrent dans différents pays. Ainsi, bien que l'approvisionnement mondial de lithium ne risque pas de s'épuiser, les chaînes d'approvisionnement ne sont pas si sûres. Tout ce qu'il faut, c'est un pays pour nationaliser leurs mines de lithium (comme le Chili prévoyait en 2023), et la chaîne d'approvisionnement commencera à trembler.

Si l'approvisionnement mondial de lithium devait être sec, l'industrie de la batterie serait en crise. Les batteries au lithium-ion se dégradent avec le temps, avec des choses comme l'oxydation des électrolytes et la recharge répétée diminuant la capacité d'une batterie de lithium. Ajoutez à cela les dommages subis d'une simple usure, et la plupart des batteries au lithium devront éventuellement remplacer. En fait, 95% du lithium dans les batteries ne sont pas recyclés. D'autres parties de batteries peuvent être réutilisées, mais le lithium est extrêmement difficile à recycler et se retrouve généralement à la poubelle.

L'industrie des véhicules électriques serait particulièrement touchée, car presque tous les véhicules électriques dépendent des batteries lithium-ion, et ces batteries ont une durée de conservation. Sans lithium frais pour remplacer les batteries usées, nos prédictions optimistes pour l'industrie VE s'effondreraient. Les véhicules électriques déjà en fonctionnement finiraient par s'arrêter, et de nouveaux modèles EV n'ont pas pu être construits.

Au-delà des véhicules électriques, les batteries au lithium se trouvent dans une vaste gamme de gadgets électroniques, y compris des écouteurs sans fil, des jouets, des outils électriques et à peu près tout autre appareil avec une batterie rechargeable. Les batteries jetables sont également en grande partie faites de lithium, et comme nous le savons tous, ceux-ci sont jetés chaque fois qu'une télévision télévisée meurt. Ajoutez à cela les installations massives de stockage d'énergie qui stockent l'électricité produite par les énergies renouvelables comme l'hydroélectricité et les éoliennes, et le manque de lithium deviendrait une crise sociétale.

Pourtant, la pratique de remplacer les batteries de lithium dépensées par de nouvelles peut réellement contenir la clé du problème. Plutôt que de devoir remplacer l'intégralité de la conception de la batterie lithium-ion, les scientifiques chercheraient très probablement à remplacer uniquement la partie lithium. En d'autres termes, si vous pouviez trouver un autre produit chimique pour remplacer le lithium, nous n'aurions pas à abandonner nos précieux VV.

Si le monde devait manquer de lithium aujourd'hui, nous nous démettons pour trouver des alternatives pour notre stockage d'énergie. Heureusement, les ingénieurs y travaillent maintenant, et une avenue prometteuse nous mène à un élément familier: le sodium. Les scientifiques explorant les alternatives de stockage d'énergie proposent le remplacement des batteries lithium-ion par des batteries sodium-ion. La meilleure partie du sodium est qu'elle est bon marché et abondante. En fait, le sodium est près de 1 200 fois plus abondant par rapport au lithium, et l'extraire est également plus facile. Après tout, le sodium est tout autour de nous dans les océans, le sol et dans nos salines.

Malheureusement pour les propriétaires de véhicules électriques, les batteries de sodium-ion ne peuvent tout simplement pas stocker autant d'énergie dans un petit volume que leurs cousins ​​au lithium. La densité d'énergie maximale des batteries de sodium-ion baisse autour de 160 wh / kg (watt-heure par kilogramme), tandis que les batteries au lithium-ion peuvent stocker jusqu'à 220 wh / kg. En conséquence, une batterie sodium-ion devrait être près de 30% plus grande pour remplacer une batterie lithium-ion de la même capacité. Dans les véhicules électriques où chaque millimètre cube compte et chaque gramme supplémentaire de poids, cette différence de 30% présente un grand défi. Une autre faiblesse des batteries sodium-ion est la vitesse à laquelle ils se dégradent. Les batteries chimiques finiront par aller à plat, vous ne pouvez donc pas vous attendre à les recharger pour toujours. Une batterie sodium-ion peut généralement fournir environ 5 000 à 6 000 cycles de charge avant de devoir être remplacés. Une batterie lithium-ion, en revanche, peut offrir presque le double.

Même si les batteries de sodium-ion jumbo auront besoin de plus d'ingénierie pour remplacer les batteries lithium-ion dans les véhicules électriques, ils sont toujours une solution viable pour les systèmes de stockage d'énergie à grande échelle où l'espace n'est pas un problème. Un exemple encourageant de cela est le projet BESS en Chine, qui utilise des batteries lithium-ion pour stocker 40 MWh d'électricité.

Les batteries de sodium-ion semblent être le remplacement le plus prometteur des batteries lithium-ion, mais il existe de nombreuses propositions alternatives. Ces propositions incluent le stockage d'énergie à l'état solide, ainsi que les idées à tarte au ciel, comme les batteries en eau de mer ou en verre. Le concept de batterie liquide suggère un avenir dans lequel vous pouvez conduire votre VE jusqu'à une station de charge, comme une station-service, et pomper du liquide fraîchement chargé dans votre voiture. Ces batteries liquides pourraient utiliser tout type d'électrolytes non lithium, de sorte que le concept s'attaque à l'inconvénient de la durée de vie à faible cycle de charge du lithium-alternatives.

Les batteries à semi-conducteurs vont dans la direction opposée. Contrairement aux batteries lithium-ion, ils n'ont pas de pièces liquides. Si vous avez déjà dû remplacer la batterie de votre voiture, vous avez peut-être entendu quelque chose qui se glisserait à l'intérieur. C'est le mélange d'électrolyte liquide qui stocke la charge électrique. Presque toutes les batteries de notre vie utilisent du liquide pour suspendre les ions ou les électrolytes, et presque toutes ces solutions d'électrolyte utilisent du lithium. Dans une batterie à semi-conducteurs, cependant, les électrolytes n'ont pas besoin d'un liquide aqueux pour stocker la charge. Les électrolytes solides peuvent être fabriqués à divers matériaux, les plus populaires étant les sulfures, les oxydes et les polymères inorganiques.

Un curieux électrolyte solide peut être fabriqué à partir de verre. C'est un concept développé par John Goodenough, qui a remporté un prix Nobel en 2019 pour son travail sur la chose même que nous essayons de remplacer: les batteries lithium-ion. Maintenant, Goodenough a proposé que les ions suspendus dans le verre pourraient servir d'électrolytes solides. La batterie en verre est toujours en développement, mais un design aussi écologique est certainement prometteur. Malheureusement, alors que les batteries à semi-conducteurs fonctionnent, les scientifiques n'ont pas découvert l'électrolyte solide idéal et les ingénieurs ont trouvé un moyen pratique d'élargir la production pour remplacer les batteries lithium-ion. Seul le temps nous le dira.