Nouvelles batteries :au centre de l’activité économique

Nouvelles batteries : au centre de l’activité économique

Le monde fonctionne de plus en plus avec des batteries aujourd’hui principalement lithium-ion. Mais plusieurs modèles recourant à des technologies différentes apparaissent. Ils vont contribuer à la croissance économique grâce à de nouvelles applications. Par Xavier Dalloz, consultant spécialisé dans les nouvelles technologies dans la Tribune.
Xavier Dalloz
28 Mai 2023, 17:39

Les batteries vont notamment avoir de plus en plus d’applications dans notre vie quotidienne, ainsi que dans de nombreux secteurs industriels. Il est évident que l’économie de demain fonctionnera avec des batteries.

Par exemple, les véhicules électriques ont déjà dépassé 10 % des ventes mondiales de véhicules en 2022. Ces ventes devraient atteindre 30 % d’ici 2030. Aujourd’hui, la plupart des véhicules électriques sont alimentés par des batteries lithium-ion, une technologie vieille de plusieurs décennies également utilisée dans les ordinateurs portables et les téléphones portables. Les véhicules électriques d’aujourd’hui se rapprochent du prix des voitures à essence et peuvent parcourir des centaines de kilomètres entre les charges. Les nouvelles batteries vont augmenter ces performances.

De nombreuses innovations vont en effet transformer radicalement les batteries avec de nouvelles applications telles que le stockage d’électricité sur le réseau qui peut aider à équilibrer les sources d’énergie renouvelables intermittentes comme l’éolien et le solaire. Un nouveau monde émerge autour de nouvelles batteries.

Voici quelques exemples :

Batteries lithium-ion améliorées
Les batteries lithium-ion sont largement utilisées dans de nombreux appareils électroniques, des téléphones portables aux voitures électriques. Les chercheurs travaillent sur l’amélioration de leur capacité de stockage d’énergie, de leur durée de vie et de leur sécurité.
Des avancées ont été réalisées en augmentant la densité énergétique, ce qui permet d’obtenir une plus grande autonomie pour les véhicules électriques et les appareils mobiles.
Batteries à semi-conducteurs :
Les batteries à semi-conducteurs sont une nouvelle génération de batteries qui utilisent des matériaux à semi-conducteurs au lieu des électrolytes liquides traditionnels.
Elles promettent une densité d’énergie encore plus élevée, une charge plus rapide et une sécurité améliorée. Les batteries à semi-conducteurs pourraient jouer un rôle clé dans l’adoption généralisée des véhicules électriques.
Ces batteries ont une conception similaire à celle des batteries lithium-ion, y compris un électrolyte liquide, mais au lieu de compter sur le lithium, elles utilisent le sodium comme ingrédient chimique principal. CATL aurait prévu de commencer à les produire en masse avant la fin de l’année 2023.
Les batteries sodium-ion
Cette nouvelle technologie permettrait également de réduire les coûts de l’ordre de 20 % environ, avec toutefois une densité énergétique légèrement plus faible que les batteries lithium-ion, impliquant une autonomie légèrement en retrait. Elles bénéficieront en revanche d’une recharge rapide, et devraient permettre de satisfaire la majorité des usages.
Batteries à l’état solide :
Les batteries à l’état solide utilisent des électrolytes solides au lieu des électrolytes liquides dans les batteries traditionnelles.
Elles offrent plusieurs avantages, tels qu’une plus grande densité d’énergie, une meilleure sécurité, une durée de vie plus longue et une recharge plus rapide. Les batteries à l’état solide sont considérées comme l’une des prochaines grandes avancées dans le domaine des batteries au cours des prochaines années.
Batteries rechargeables à base de zinc :
Les batteries rechargeables à base de zinc sont une alternative intéressante aux batteries au lithium-ion.
Le zinc est un matériau abondant, peu coûteux et non toxique. Ces batteries ont une densité énergétique élevée, une meilleure sécurité et une meilleure stabilité thermique.
De plus, elles peuvent être recyclées plus facilement que les batteries au lithium-ion.
Batteries à flux redox :
Les batteries à flux redox utilisent des électrolytes liquides contenant des ions actifs pour stocker l’énergie.
Elles offrent la possibilité de stocker de grandes quantités d’énergie à grande échelle, ce qui les rend idéales pour les applications stationnaires telles que le stockage d’énergie solaire et éolienne.
Les batteries à flux redox sont connues pour leur longue durée de vie et leur capacité à être rechargées rapidement.
Les batteries LFP (phosphate de fer au lithium)
Les batteries LFP ont une densité d’énergie inférieure à celle des batteries lithium-ion, mais leur coût est moins élevé et surtout elles n’utilisent ni cobalt, ni nickel, matériaux sensibles aux risques d’approvisionnement et de volatilité des prix.
Elles connaitront une forte croissance en Europe et aux États-Unis d’ici à 2030 du fait des prix élevés du cobalt et du nickel.
La part de marché des LFP augmente rapidement , passant d’environ 10 % du marché mondial des véhicules électriques en 2018 à environ 40 % en 2022.
La batterie Prieto
La batterie Prieto peut se recharger complètement en trois minutes et peut fournir plus de cinq fois la densité de puissance et jusqu’à trois fois la densité d’énergie des batteries 2D traditionnelles.
La batterie peut fonctionner à des températures aussi basses que moins 30 degrés Celsius et à plus de 100 degrés Celsius,
Contrairement aux batteries lithium-ion traditionnelles, sa conception 3D garantit que la batterie ne soit pas inflammable.
Le rôle clé du noir de carbone et du graphite dans les batteries
Le carbone est utilisé dans les batteries principalement sous forme de graphite, qui est l’un des composants clés des électrodes. Le carbone a le potentiel d’être la prochaine percée dans la technologie des batteries. Son utilisation dans les collecteurs de courant permet notamment d’améliorer le point le plus faible des batteries plomb-acide, à savoir leur faible énergie spécifique.

Voici quelques usages du carbone dans les batteries :

Électrodes négatives :
Le graphite est couramment utilisé comme matériau d’électrode négative dans les batteries au lithium-ion. Lorsque la batterie se décharge, les ions lithium se déplacent de l’électrode négative (anode) vers l’électrode positive (cathode) à travers l’électrolyte, produisant ainsi un courant électrique.
Le graphite est choisi pour sa capacité à intercaler et stocker les ions lithium, ce qui permet une réversibilité des réactions électrochimiques lors des cycles de charge et de décharge.
Électrodes positives :
Bien que le carbone ne soit pas utilisé comme matériau d’électrode positive dans les batteries au lithium-ion, certains types de batteries, comme les batteries au plomb-acide, utilisent des électrodes positives à base de carbone.
Matériau conducteur :
Le carbone est un matériau électriquement conducteur, ce qui en fait un choix idéal pour faciliter le transfert d’électrons dans une batterie. Il est souvent utilisé pour recouvrir les électrodes afin d’améliorer la conductivité électrique et d’assurer une distribution uniforme du courant.
Amélioration de la stabilité :
L’ajout de carbone dans les électrodes peut améliorer la stabilité et la durabilité des batteries. Il peut aider à prévenir la formation de dendrites de lithium, qui peuvent court-circuiter la batterie et entraîner des problèmes de sécurité.
Supercapacités :
Les supercondensateurs, également appelés supercapacités, sont des dispositifs de stockage d’énergie qui utilisent le carbone sous forme de matériaux poreux, tels que les nanotubes de carbone ou le carbone activé.
Ces matériaux offrent une surface spécifique élevée, ce qui permet une plus grande capacité de stockage électrique.
Quant aux applications des batteries, on va les trouver partout dans notre vie quotidienne.

Voici quelques-unes des applications qui vont se généraliser :

Automobile
Les batteries sont essentielles pour alimenter les véhicules électriques (VE) et les véhicules hybrides rechargeables (VHR).
Les batteries fournissent l’énergie nécessaire pour propulser le véhicule et alimenter les systèmes électriques tels que les phares, le système de climatisation, l’électronique embarquée, etc.
Électronique grand public
Les batteries sont utilisées dans une variété d’appareils électroniques grand public tels que les téléphones portables, les tablettes, les ordinateurs portables, les montres intelligentes, les écouteurs sans fil, les caméras, les consoles de jeux, etc. Elles alimentent ces appareils en énergie pour les rendre portables et autonomes.
Énergie renouvelable
Les batteries sont utilisées dans les systèmes de stockage d’énergie pour les installations d’énergie renouvelable, comme les panneaux solaires et les éoliennes.
Les batteries permettent de stocker l’énergie produite pendant les périodes de faible demande ou lorsque les sources d’énergie renouvelable sont actives, puis de la restituer lorsque la demande est plus élevée ou lorsque les sources ne sont pas disponibles.
Systèmes d’alimentation de secours
Les batteries sont utilisées dans les systèmes d’alimentation de secours, tels que les onduleurs, pour fournir de l’électricité en cas de panne de courant.
Les batteries sont utilisées dans les maisons, les entreprises, les centres de données, les hôpitaux, etc., pour assurer un fonctionnement continu des équipements critiques pendant une coupure d’électricité.
Stockage d’énergie stationnaire
Les batteries sont utilisées pour le stockage d’énergie à grande échelle dans les systèmes de stockage stationnaires.
Cela comprend le stockage d’énergie sur le réseau électrique pour équilibrer l’offre et la demande, améliorer la stabilité du réseau et faciliter l’intégration des énergies renouvelables.
Équipements médicaux
Les batteries sont utilisées dans divers équipements médicaux, tels que les appareils de surveillance, les pompes à perfusion, les respirateurs, les défibrillateurs portables, etc.
Les batteries assurent l’alimentation continue de ces dispositifs essentiels dans les environnements médicaux.
Ces exemples ne sont qu’une sélection des nombreuses applications des batteries. En fonction des avancées technologiques et des besoins émergents, de nouvelles applications vont très vite apparaître. On associera de plus en plus batteries à croissance économique et on parlera de plus en plus de batterie (isation) de la société comme on a parlé d’informatisation de la société depuis 1980.

Un autre point important concerne le recyclage des batteries. Les nouvelles voies de recyclage visent à augmenter les taux de récupération des matériaux. Par exemple, la récupération du graphite, un composant qui représente environ 15 à 25 % du poids d’une batterie.

Véhicules électriques: L’avenir passe par les batteries solides

Véhicules électriques: L’avenir passe par les batteries solides 

Ce que suggère William Boston dans un article du Wall Street Journal

Selon les dirigeants et les analystes du secteur automobile, la forme solide pourrait permettre de réduire les temps de charge et de rendre les batteries plus sûres en éliminant la solution électrolyte inflammable utilisée dans la technologie lithium-ion.

Cependant, cette nouvelle solution reste coûteuse et relativement peu éprouvée dans des situations réelles, un obstacle qui devrait prendre des années à être surmonté avant de la commercialiser pour le grand public.

Toyota poursuit le développement, en interne, des cellules de batteries solides. Au début du mois, le constructeur japonais a annoncé avoir encore besoin de temps pour implanter cette technologie dans des voitures entièrement électriques, mais il a affirmé vouloir commencer par utiliser des batteries solides de plus petites tailles dans des véhicules hybrides.

D’autres grands constructeurs automobiles, tels que Volkswagen, Ford et BMW, ont investi dans des start-up spécialisées dans les batteries solides afin de les aider à perfectionner cette technologie et à la rendre opérationnelle pour la production de masse. L’un des problèmes majeurs rencontrés avec les batteries lithium-ion est lié au fait que plus la densité d’énergie augmente, plus le risque d’incendie grandit

Selon le cabinet de conseil AlixPartners, environ 2 milliards de dollars ont été, jusqu’à présent, investis de la part des constructeurs automobiles et de financiers dans des start-up en pointe dans ce domaine. La moitié de cette somme a été perçue par QuantumScape, qui compte Bill Gates et Volkswagen parmi ses investisseurs.

La recherche sur les batteries solides reste un projet qui s’inscrit dans le long terme. M. Loehr indique que leur production en masse pourrait ne pas intervenir avant presque dix ans, mais les constructeurs automobiles investissent dès maintenant pour acquérir une expertise et adapter leurs processus de fabrication, ajoute-t-il.

 

Les progrès réalisés dans les batteries lithium-ion au cours des années 1980 et 1990 ont débouché sur la création de Tesla, le premier constructeur de voitures électriques à connaître le succès commercial. Ces batteries, qui utilisent un électrolyte liquide, ont aujourd’hui amélioré leur autonomie entre deux charges et sont nettement moins chères qu’à leurs débuts.

Mais elles présentent également des inconvénients. General Motors a récemment rappelé environ 142 000 Chevrolet Bolt électriques pour corriger un défaut de fabrication pouvant entraîner l’incendie des batteries.

L’un des problèmes majeurs rencontrés avec les batteries lithium-ion est lié au fait que plus la densité d’énergie augmente, plus le risque d’incendie grandit, observe Tim Bush, analyste de spécialiste de la technologie des batteries chez UBS Research.

« Si nous nous débarrassons de l’électrolyte et que nous le remplaçons par un matériau solide, nous éliminerons cette question de sécurité tout en ayant la possibilité de doubler la densité énergétique par rapport à la technologie actuelle », précise M. Bush.

Personne n’a encore réussi à fabriquer des batteries solides pouvant être produites en masse et installées sur des millions de voitures. Mais certaines start-up espèrent pouvoir atteindre cet objectif en s’associant à des constructeurs automobiles qui ont plus d’un siècle d’expérience dans la production en grande série.

En décembre, QuantumScape, jeune pousse de la Silicon Valley, a annoncé avoir réussi une avancée importante après avoir testé avec succès des batteries utilisant son matériau solide.

En mars, Volkswagen a déclaré que ses scientifiques spécialisés dans les batteries avaient vérifié de manière indépendante les tests de QuantumScape dans leur propre laboratoire. L’entreprise a alors accepté de remettre 100 millions de dollars dans la start-up, portant ainsi son investissement total à 300 millions de dollars. QuantumScape est aujourd’hui valorisé à environ 10,5 milliards de dollars.

 

On  sceptique sur la possibilité de l’utiliser rapidement pour une production de masse, en raison d’inconnues sur les coûts de fabrication et sur sa capacité à fonctionner en toute sécurité sous des climats extrêmement chauds ou froids.

« Ce qui n’est pas encore résolu, c’est le coût, a-t-il prévenu. Une voiture électrique et sa batterie doivent pouvoir marcher sur un très large éventail de températures. »

L’année dernière, Toyota a construit un prototype de véhicule utilisant des batteries solides et l’a soumis à une série de tests. Masahiko Maeda, directeur de la technologie du constructeur japonais, a déclaré ce mois-ci que les résultats montrent que ces batteries ont un rendement plus élevé que celles à lithium-ion classiques, mais aussi que leur durée de vie est plus courte.

« Pour résoudre ce problème et d’autres, nous devons poursuivre le travail sur cette technologie, et en particulier sur les matériaux d’électrolyte solide », a fait savoir M. Maeda aux journalistes lors du grand raout de l’entreprise consacré à la technologie.

 

L’enjeu des batteries à longues durées

L’enjeu des batteries à longues durées 

Scott Patterson dans le Wall Street Journall explique l’enjeu des batteries longues durée (extrait)

En juillet, le département de l’Energie s’est fixé l’objectif de réduire de 90 % le coût du stockage d’énergie à longue durée du réseau dans la décennie. « Nous allons apporter des centaines de gigawatts d’énergie propre dans le réseau au cours des prochaines années », a déclaré la secrétaire à l’Energie Jennifer Granholm dans un communiqué.

L’énergie renouvelable représente un cinquième de la production d’électricité aux Etats-Unis, contre 60 % provenant du gaz naturel et du charbon, le reste étant essentiellement issu du nucléaire, selon EIA. Mercredi, le département de l’Energie a publié un rapport indiquant que la seule énergie solaire pourrait produire jusqu’à 40 % de l’électricité américaine d’ici à 2035.

Procéder à la transition vers les énergies renouvelables est un élément important du casse-tête de la décarbonisation, selon les experts. Non seulement ce changement retire du réseau des centrales de carburant fossile, mais il signifie que les véhicules électriques pourront se charger depuis des sources qui n’ajoutent pas de gaz à effet de serre dans l’atmosphère.

L’intérêt des investisseurs pour le stockage d’énergie a explosé au cours de l’année dernière. Les sociétés de capital-risque ont investi 4,9 milliards de dollars dans des entreprises de batteries rechargeables depuis le début de l’année, contre 1,6 milliard de dollars en 2020, selon PitchBook.

En août dernier, Form Energy a finalisé une levée de fonds qui lui a rapporté 240 millions de dollars, incluant des investissements du fonds Rise Fund de TGP. Les directives du gouvernement fédéral et des Etats sur l’énergie propre ont contribué à rassurer les investisseurs sur la pérennité de cette tendance, explique Mateo Jaramillo, directeur général de Form Energy. Au cours des dernières années, les investisseurs ont été échaudés par des entreprises de batterie qui ne se sont pas révélées à la hauteur de leurs promesses du fait de problèmes techniques ou du manque d’enthousiasme des consommateurs pour les véhicules électriques.

La tendance devrait encourager davantage d’innovation dans les batteries, selon Mateo Jaramillo. Les gros investisseurs placent des fonds dans des start-up de batteries plus établies qui augmentent leur production. Cela donne confiance aux investisseurs au stade précoce dans le financement à venir d’entreprises qui se résument bien souvent à une idée née dans un laboratoire.

Le matériau à la base du fonctionnement des batteries Form Energy est un élément peu coûteux et abondant : le fer. Ces batteries peuvent remplir des entrepôts et fournir de l’électricité pendant près d’une semaine. Cela leur confère une utilisation différente de celle de batteries à durée de charge plus courte, comme Ambri, dont la charge peut durer jusqu’à 24 heures, selon Donald Sadoway.

Les entreprises qui gèrent la tâche complexe d’orienter l’énergie depuis et vers les plateformes de stockage attirent également l’intérêt des gros investisseurs. En août, FlexGen Power Systems, qui fournit des logiciels pour gérer le stockage d’énergie, a annoncé qu’Apollo Global Management avait investi 150 millions de dollars dans l’entreprise.

Kelcy Pegler, CEO de FlexGen, a noté que l’augmentation des pannes d’électricité, comme celles observées au Texas et à la Nouvelle-Orléans cette année après les tempêtes, renforce l’urgence à développer le stockage d’énergie.

« Ces événements nous ouvrent les yeux. Nous avons épuisé tous les prétextes raisonnables pour ne pas créer un réseau plus intelligent », conclut-il.

 

Usine de batteries Renault : pourquoi un accord avec les Chinois ?

Usine de batteries Renault : pourquoi un accord avec les Chinois ?

Il est clair que localement et même nationalement on peut se réjouir que la Frans construise sur son sol une vaste usine de batteries à Douai dans le Nord. Un projet qui devrait mobiliser 2 milliards d’investissements et créer ici 2000 32 500 emplois.

 

Reste que construire des batteries n’est quand même pas un exploit technologique au-dessus des compétences françaises pas plus que de pouvoir mobiliser 2 milliards surtout un moment où les liquidités se déversent presque sans contrainte dans le pays.

On objectera que jusque-là la quasi-totalité des batteries était fabriquée en Chine et qu’il vaut mieux sans doute les produire en France. Ceci étant, c’est un bien grand cadeau qu’on fait à la Chine de lui ouvrir ainsi les portes alors que l’implantation de capitaux étrangers en Chine est toujours sous le contrôle du parti communiste en dépit des quelques mesures de libéralisation chinoise. Notons d’ailleurs que le projet d’accord d’investissements entre la Chine et l’Europe est pour l’instant mis entre parenthèse suite précisément aux entraves démocratiques et économiques.

Devant la ligne de montages des Espace, Scenic et Talisman, entourés par plusieurs dizaines de salariés, Emmanuel Macron a remercié Lei Zhang, le président d’Envision, pour son investissement. «Vous avez une vision, une parole et le sens de l’action», a expliqué Emmanuel Macron, rappelant que le patron du géant chinois était déjà venu en France deux ans auparavant.

L’investissement chinois est sans doute bienvenu dans une région elle aussi touchée par la dégradation de l’activité économique et le chômage. La question se pose quand même de l’enjeu stratégique des investissements chinois en France qui à terme ne sont jamais sans conséquence pour les pays qui accueillent un peu naïvement la puissance chinoise.

 

Énergie : l’avenir passe aussi par les batteries de stockage

Dix ans après l’explosion de la fracturation hydraulique aux Etats-Unis, le marché énergétique fait face à un nouveau bouleversement dû à l’association des énergies renouvelables et des batteries de stockage (Un article du Wall Street Journal)

 

 

Avec 36 centrales thermiques à gaz naturel, Vistra possède un des plus vastes parcs des Etats-Unis. Il n’envisage pas d’en acheter ou d’en construire davantage.

En revanche, l’entreprise a bien l’intention d’investir plus d’un milliard de dollars dans des centrales solaires photovoltaïques et dans des batteries de stockage au Texas et en Californie. Cette transformation de son activité dans un secteur énergétique que de nouvelles technologies sont en train de refaçonner est une question de survie.

« Je n’ai aucune intention de devenir le prochain Blockbuster Video, affirme Curt Morgan, directeur exécutif de Vistra. Hors de question que je regarde sans rien faire cette entreprise ancestrale décliner et se faire évincer. »

Il y a une dizaine d’années, lorsque la fracturation hydraulique (fracking) a permis l’accès à des quantités de cette matière première bon marché, le gaz a supplanté le charbon en tant que première source d’énergie électrique aux Etats-Unis. Aujourd’hui, déjà, le gaz naturel se retrouve lui-même confronté au même type de concurrence, représenté cette fois par des batteries rentables, chargées à l’énergie solaire et éolienne.

L’électricité produite grâce au gaz naturel représentait 38 % du total en 2019, selon l’EIA, l’Agence d’information sur l’énergie américaine. Le gaz est capable de fournir de l’énergie 24h/24 ainsi que d’intensifier sa production pendant les pics de consommation. De leur côté, éoliennes et panneaux solaires ont gagné des parts de marché conséquentes. Or, à mesure que le prix des batteries de stockage baisse, celles-ci sont couplées à cette énergie verte et s’imposent en stockant une énergie renouvelable peu chère qu’elles libèrent lorsque le soleil se couche ou que le vent tombe.

Le stockage d’énergie constitue moins de 1 % du marché de l’électricité américain et, pour l’instant, il concerne principalement les générateurs solaires, dont la production est relativement prévisible et facile à augmenter avec le stockage. Mais l’association des batteries de stockage et des énergies renouvelables menace de gâcher les milliards de dollars d’investissement dans le gaz naturel et fait naître des inquiétudes face à l’idée que les centrales thermiques bâties ces dix dernières années, et financées dans la perspective qu’elles seraient en service pendant plusieurs décennies, ne deviennent des « actifs irrécupérables », c’est-à-dire des équipements abandonnés avant d’avoir été amortis.

Dans tout le pays, une grande part de la croissance des énergies renouvelables est conduite par des réglementations des Etats exigeant des fournisseurs de livrer certaines quantités d’énergie verte, et par des incitations fiscales au niveau fédéral qui rendent les énergies éolienne et solaire plus compétitives d’un point de vue économique.

Mais ces dernières années, les prix des énergies renouvelables sont devenus de plus en plus compétitifs même sans subventions, poussant toujours plus d’entreprises à réduire volontairement leurs émissions de carbone en investissant dans l’énergie solaire et éolienne au détriment de celle produite par les énergies fossiles. Et le spectre de nouvelles régulations fédérales et au niveau des Etats dans le cadre de la gestion du changement climatique pousse à accélérer la tendance.

Le président Biden propose d’étendre les crédits d’impôts sur les énergies renouvelables aux projets d’installations énergétiques autonomes — des systèmes qui ne font pas partie d’un réseau—dans le cadre de son plan de financement d’infrastructures de 2 300 milliards de dollars, ce qui pourrait alimenter encore davantage le marché déjà florissant du stockage d’énergie.

Quoi qu’il en soit, tandis que les batteries de stockage aident le solaire et l’éolien à supplanter les sources d’énergie traditionnelles, certains investisseurs prennent ce projet avec des pincettes en se disant qu’eux aussi pourraient à leur tour se retrouver en mauvaise posture au cours des prochaines années si d’autres avancées technologiques s’avéraient trouver des moyens plus efficaces encore de stocker l’énergie.

Et si les batteries peuvent fournir de l’électricité lorsque les autres sources ne fonctionnent plus, la plupart des batteries actuelles n’en sont capables que pendant quelques heures avant d’avoir besoin d’être rechargées, ce qui les rend pratiquement inutiles lors de coupures prolongées.

Les centrales thermiques à gaz luttent déjà contre la concurrence des parcs éoliens et des centrales solaires. Duke Energy, fournisseur d’énergie basé à Charlotte, en Caroline du Nord, qui livre de l’électricité et du gaz naturel dans certaines régions de sept Etats, envisage encore de construire de nouvelles centrales à gaz. En revanche, il a refait ses calculs financiers afin de répercuter un amortissement plus rapide de ces centrales, dans la mesure où il se pourrait qu’elles ne soient pas opérationnelles aussi longtemps que prévu.

Duke propose de construire rien de moins qu’une capacité de 9 600 mégawatts de nouvelles installations à gaz en Caroline du Nord et du Sud afin de contribuer à répondre à la demande, tout en arrêtant les centrales à charbon et en investissant plus largement dans les énergies solaire et éolienne. Mais dans ses documents officiels, l’entreprise reconnaît que face aux nouveaux progrès technologiques, toute nouvelle centrale à gaz est susceptible de devenir un actif irrécupérable et d’échouer à financer son propre amortissement. Un mégawatt d’électricité peut alimenter environ 200 foyers, selon l’Electric Reliability Council of Texas qui gère le réseau électrique de l’Etat. Certaines estimations placent ce chiffre plus haut encore.

Pour pallier le problème, Duke envisage de ramener la durée de vie attendue de la centrale d’une quarantaine d’années à 25 ans et de récupérer l’argent perdu grâce à un amortissement accéléré, mesure comptable qui permettrait à l’entreprise de sortir davantage de dépenses du bilan plus rapidement que d’ordinaire. Il pourrait également envisager de convertir la centrale pour la faire fonctionner à l’hydrogène, dont la combustion n’émet pas de carbone.

« C’est un risque sur lequel nous gardons un œil, mais c’est un risque qu’il nous faut envisager pour toutes les décisions technologiques que nous prenons », explique Glen Snider, directeur de la gestion intégrée des ressources de Duke, en soulignant que tous les investissements énergétiques sont susceptibles, tôt ou tard, d’être mis en concurrence.

Aux Etats-Unis, plus de 60 000 mégawatts d’énergie à base de gaz ont été livrés depuis 2014, selon l’EIA. A l’instar des centrales à charbon, dont beaucoup ont été forcées de fermer plus tôt que prévu, les centrales à gaz ont été financées dans l’optique d’un fonctionnement sur plusieurs décennies.

Les coûts non amortis résultant de l’arrêt précoce des centrales à charbon sont généralement faibles car nombre d’entre elles ont été construites il y a plusieurs dizaines d’années et approchent de la fin de leur durée de vie utile, estime la société d’analyse financière Moody’s Investors Service. En revanche, une grande partie du parc des centrales à gaz du pays est plutôt récente, ce qui augmente le potentiel de coûts non-amortis dans l’éventualité de fermetures à grande échelle au cours des vingt prochaines années.

Ce sont les centrales à gaz fournissant de l’énergie toute la journée qui courent le plus de risque d’être évincées. Ce genre de centrale « de base » doit généralement fonctionner entre 60 % et 80 % de ses capacités pour être viable économiquement, ce qui les rend vulnérables lorsque les batteries de stockage pallient les manques causés par les centrales solaires et les parcs à éoliennes.

Aujourd’hui, ce type de centrale tourne autour de 60 % de ses capacités aux Etats-Unis, selon la société d’analyse de données IHS Markit. D’ici la fin de la décennie, celle-ci estime que cette moyenne devrait tomber à 50 %, ce qui suscite des perspectives de faillite et de restructuration pour les moins performantes.

« Elles sont menacées par des tonnes d’acteurs du renouvelable, explique Sam Huntington, directeur associé pour le gaz, l’électricité et les marchés de l’énergie à IHS Markit. Comme ce qui est arrivé au charbon. »

Il n’a fallu que quelques années pour que le gaz peu onéreux obtenu par la fracturation hydraulique ne supplante le charbon dans la production d’électricité. Entre 2011, peu de temps après le début de la flambée du fracking, et 2020, plus de 100 centrales à charbon d’une capacité de plus de 95 000 mégawatts ont été fermées ou reconverties pour fonctionner au gaz, selon les chiffres de l’EIA. Et 25 000 mégawatts de plus devraient fermer d’ici 2025.

La plupart des batteries de stockage utilisent du lithium-ion, le type de technologie utilisée dans les véhicules électriques. Elles ressemblent à de grands conteneurs et sont le plus souvent regroupées afin de créer des sites capables de fournir de grandes quantités d’électricité. Certaines sont reliées à des sources d’énergie renouvelable, tandis que d’autres sont indépendantes et utilisent l’énergie du réseau.

Les batteries de stockage sont le plus souvent associées à des centrales solaires plutôt qu’à des parcs d’éoliennes à cause de la prévisibilité de l’énergie fournie et parce qu’il est plus simple d’obtenir des crédits d’impôts fédéraux pour ce genre de dispositifs. Certaines entreprises développent cependant des parcs d’éoliennes couplées avec des batteries, marché qui devrait croître à mesure que les coûts technologiques baissent.

Même au Texas, un Etat qui comporte un marché énergétique à la concurrence féroce et qui n’impose aucune restriction d’émissions de carbone, il n’y a quasiment aucune centrale à gaz en construction alors que le nombre de centrales solaires et de batteries progresse rapidement

Déjà, le coût de décharge d’une batterie de 100 mégawatts fournissant deux heures d’électricité est à peu près équivalent à celui de la production d’électricité par les centrales électriques spéciales qui fonctionnent pendant les pics de demande. Ce type de batterie peut se décharger pour la modique somme de 140 dollars le mégawattheure, tandis que les centrales « d’urgence » les moins chères — qui compensent sur demande quand la fourniture d’énergie vient à manquer — produisent pour 151 dollars le mégawattheure, selon la banque d’investissements Lazard.

Les centrales solaires couplées à des batteries sont en train de rivaliser avec les centrales à gaz constamment opérationnelles. Ces types de systèmes sont capables de produire de l’énergie pour 81 dollars le mégawattheure seulement, selon Lazard, tandis que les centrales à gaz les plus coûteuses tournent en moyenne autour de 73 dollars. Les grands projets de batterie en cours dans les Etats de New York et de Californie sont en partie motivés par des obligations imposées par les Etats de réduire les émissions de carbone et ne visent pas seulement à améliorer l’aspect économique des batteries.

Même au Texas, un Etat qui comporte un marché énergétique à la concurrence féroce et qui n’impose aucune restriction d’émissions de carbone, il n’y a quasiment aucune centrale à gaz en construction alors que le nombre de centrales solaires et de batteries progresse rapidement. Selon l’Electric Reliability Council of Texas, dans l’Etat les entreprises visent près de 88 900 mégawatts d’énergie solaire, 23 860 mégawatts d’éolienne et 30 300 mégawatts de capacité de stockage. En comparaison, seulement 7 900 mégawatts de capacité supplémentaire fournie par des centrales à gaz sont envisagés.

Les fournisseurs d’énergie et les gestionnaires du réseau doivent prendre en compte la perspective que les nouvelles sources ne soient pas aussi fiables que les centrales électriques qu’elles remplacent, en tout cas au départ, et les pannes d’électricité du Texas de février dernier en sont une bonne illustration.

Cet Etat a connu des jours entiers de pannes électriques dévastatrices lorsqu’une violente tempête hivernale a gelé de nombreuses sources d’approvisionnement énergétique : éoliennes, centrales à gaz et nucléaires, alors même que la demande connaissait un pic dû à la chute des températures en dessous de zéro.

Selon les dirigeants d’entreprises et les analystes, même si le Texas avait eu davantage de réserves, cela n’aurait probablement pas fait une grande différence pour pallier la pénurie, advenue à une saison où centrales solaires et parcs éoliens ne sont pas très productifs. La plupart des batteries de stockage actuelles peuvent fournir de l’électricité pendant quatre heures maximum avant d’avoir besoin d’être rechargées.

L’été dernier, la Californie a pâti de sa décision de réduire rapidement sa dépendance aux centrales à gaz. En août, pendant une vague de chaleur intense qui a balayé l’ouest du pays, les gestionnaires de réseau californiens ont dû imposer des blackouts afin de remédier à une pénurie d’offre à un moment où la demande flambait. Dans une analyse a posteriori co-publiée par la California Public Utilities Commission et la California Energy Commission, l’opérateur identifie le passage rapide à l’énergie solaire et éolienne comme un des facteurs ayant contribué au problème.

Comme de nombreux fournisseurs d’énergie, Vistra ne s’attend pas à voir les centrales à gaz évincées dans l’immédiat. M. Morgan, qui a fermé un certain nombre de centrales à charbon et à gaz de Vistra depuis qu’il en est devenu CEO en 2016, estime que la plupart des centrales à gaz que l’entreprise possède encore resteront en fonction pendant les vingt prochaines années.

Après 2030, il anticipe qu’elles seront moins fréquemment utilisées à mesure que les batteries fourniront l’électricité produite par les centrales solaires et éoliennes. Vistra est en train de mettre au point ce qui devrait être le plus gros projet de stockage d’énergie du monde à Moss Landing, juste au nord de Monterey, en Californie. Les batteries sont installées à l’endroit où étaient autrefois les turbines dans l’enceinte d’une centrale à gaz désaffectée de la taille de presque trois terrains de foot. Lorsque le complexe sera achevé, les batteries fourniront 400 mégawatts d’électricité pendant quatre heures, suffisamment pour alimenter plus de 225 000 foyers.

Au Texas, lieu de naissance de la fracturation hydraulique moderne, les entreprises utilisent depuis des années la manne de la flambée du gaz pour alimenter les centrales utilisées en cas de pics de demande, et qui ont pu gagner beaucoup d’argent sur le marché énergétique de gros lorsque celle-ci a explosé

D’énormes batteries sont en train d’évincer des centrales à gaz plus anciennes ailleurs dans le pays. En début d’année, Florida Power & Light, fournisseur propriété de NextEra Energy, a lancé la construction de ce qui devrait être le plus grand système de batterie solaire du monde, destiné à remplacer deux turbines à gaz d’une centrale voisine. Le Manatee Energy Storage Center aura une capacité de 409 mégawatts, suffisamment pour alimenter Disney World en électricité pendant environ sept heures.

Au Texas, lieu de naissance de la fracturation hydraulique moderne, les entreprises utilisent depuis des années la manne de la flambée du gaz pour alimenter les centrales utilisées en cas de pics de demande, et qui ont pu gagner beaucoup d’argent sur le marché énergétique de gros lorsque celle-ci a explosé.

Certaines sont en train de se poser des questions depuis que des investissements massifs dans la construction de centrales solaires et éoliennes ont rendu la concurrence difficile pour les centrales à gaz et que les batteries de stockage menacent de constituer de nouveaux obstacles.

Quantum Energy Partners, une société de capital-investissement basée à Houston, a vendu ces dernières années un portefeuille de six centrales à gaz au Texas et dans trois autres Etats juste en voyant à quel point les énergies renouvelables devenaient concurrentielles. Elle travaille aujourd’hui à développer plus de 8 000 mégawatts de projets solaires, éoliens et de batteries dans dix Etats.

« Nous avons changé notre fusil d’épaule » explique Sean O’Donnell, partenaire qui contribue à la surveillance des investissements de la société. « Tout ce que nous avions en termes d’énergie traditionnelle, nous avons décidé de le vendre, compte tenu des perspectives d’intensification de la concurrence et de baisse des revenus. »

(Traduit à partir de la version originale en anglais par Bérengère Viennot)

Voitures et batteries électriques : s’inspirer de la Finlande

Voitures et batteries électriques : s’inspirer de la Finlande

 

La France devrait s’inspirer de la démarche de la Finlande, avec laquelle elle a plusieurs points communs. Par Didier Julienne, Président de Commodities & Resources » (*).

 

 

Dans le domaine des batteries pour véhicule électrique, la Finlande peut faire ce que la France ne fait pas, parce qu’Helsinki dispose d’un avantage, le Finnish Minerals Group (FMG). FMG est une entreprise d’État et, en beaucoup plus modeste, l’équivalent d’un Bureau de Recherches géologiques et minières français (BRGM), mais qui aurait des ailes.

FMG a en effet pour mission centrale de maximiser la valeur des ressources minérales finlandaises. Engagé dans leur capital, il gère les participations de l’État dans des entreprises minières établies en Finlande, mais également dans les entreprises en aval qui consomme ces minéraux, notamment celles de l’industrie des batteries Lithium-ion et de leur futur recyclage.

Dans 9 ans, en 2030 il est attendu que 80 % des ventes automobiles européennes seront électriques. C’est dans ce contexte qu’il faut apprécier la stratégie de FMG : faciliter les liens entre mineurs, fabricants de cathodes, de cellules ou de batteries et les constructeurs automobiles tels Norilsk Nickel, BASF, Johnson Matthey, Northvol ou Volkswagen  ; permettre d’établir des complémentarités entre l’industrie minière locale et les pays voisins, car par la mer Baltique l’industrie métallurgique et minière finlandaise est proche des gigafactories allemandes et polonaises et par le port de Vaasa elle n’est qu’à 250 kilomètres de l’usine suédoise de Northvolt de Skelleftea. Celle-ci équipera à terme 3 millions de voitures électriques, dont celles de l’allemand Volkswagen.

Celui-ci est le seul constructeur du continent qui ait affiché une stratégie électrique claire et d’ampleur. La marque allemande souhaite fabriquer en interne ses propres batteries, car elle prévoit un goulot d’étranglement géant sur la fabrication des cellules de batteries, non pas à cause d’un manque de matières premières, mais d’une pénurie d’usines. Elle sera donc propriétaire en Europe de 6 gygafactories de 40 GWH chacune d’ici à 2030. Northvolt est déjà son partenaire pour au moins 80 GWh et les 4 autres usines se répartiront avec d’autres partenaires, probablement asiatiques.

Pour réussir, tout comme la France, la Finlande dispose de ressources minières, mais Helsinki en connaît mieux l’étendue et la richesse  ; tout comme la France, elle dispose d’excellentes connaissances dans la pyrométallurgie, l’hydrométallurgie, la chimie des matériaux, mais elle les utilise dans son plan stratégique batteries  ; tout comme la France, elle dispose d’une électricité au coût moyen peu élevé, mais elle la consomme dans son écosystème voiture électrique qu’elle partage avec ses voisins ; tout comme la France, elle dispose d’une intelligence économique, mais elle la dirige en fonction de son plan.

Attirés, d’une part, par une exploitation intelligente des ressources naturelles minérales locales et, d’autre part, d’une électricité décarbonée nucléaire et hydraulique, les industriels transforment la mer Baltique en futur écosystème européen des batteries pour véhicules électriques.

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(*) Didier Julienne anime un blog sur les problématiques industrielles et géopolitiques liées aux marchés des métaux. Il est aussi auteur sur LaTribune.fr.

L’avenir des batteries lithium-ion

L’avenir des  batteries lithium-ion 

Un article repris dans l’opinion deRussell Gold et Ben Foldy

 

Le premier usage commercial des batteries lithium-ion rechargeables remonte aux caméras vidéo portatives, en 1991. Elles ont ensuite rapidement été utilisées dans les ordinateurs portables. Une dizaine d’années plus tard, ces batteries ont permis l’essor de géants de la tech comme Apple lorsque leur utilisation s’est étendue aux smartphones et autres appareils mobiles ; les véhicules électriques ont suivi. La technologie sous-jacente est restée sensiblement la même au fil du temps, à savoir l’échange réversible d’ions lithium, à travers un électrolyte liquide, entre une cathode et une anode.

Ce n’était là que le début. Après une décennie de baisse rapide des coûts, la batterie se situe à un tournant. Au-delà des produits de consommation, sa technologie est sur le point de transformer la manière dont nous utilisons l’énergie.

Dans le secteur énergétique, les batteries abordables permettent aux entreprises de stocker l’électricité et d’exploiter des sources renouvelables. Dans l’automobile, elles viennent concurrencer le moteur à essence, dominant depuis un siècle. La baisse des coûts a été tellement forte et rapide que, selon la plupart des constructeurs automobiles, les véhicules électriques, pour l’instant plus chers que les modèles à essence, devraient être produits au même prix dans les cinq prochaines années.

Le développement des batteries rechargeables est désormais une affaire de sécurité nationale et de politique industrielle. Le contrôle des minéraux et les processus de fabrication nécessaires à la production des batteries lithium-ion constitueront au XXI^e siècle une priorité comparable à l’approvisionnement en pétrole au siècle précédent

La tendance devrait se poursuivre. Les véhicules électriques sont aujourd’hui à l’origine de l’essentiel de la demande d’éléments de batteries. A mesure que cette demande croît et que les coûts baissent, la capacité disruptive des batteries s’étendra à bien d’autres secteurs. Dernièrement, General Motors a annoncé espérer mettre fin à la vente de véhicules essence et diesel dans le monde entier d’ici à 2035.

Le boom des batteries lithium-ion pourrait réduire la demande de pétrole brut et de produits dérivés de l’or noir tels que l’essence – ainsi que celle de gaz naturel, essentiellement utilisé dans les centrales électriques. Si l’exploitation minière et la fabrication de ces batteries génèrent des émissions de gaz à effet de serre, les analystes sont d’avis que leur adoption par les secteurs automobile et énergétique entraîneraient au total une réduction de ces émissions, concourant ainsi à la lutte contre le changement climatique.

A elles seules, les centrales électriques américaines produisent environ un quart des émissions du pays, tandis que les véhicules légers comme les voitures particulières et les vans représentent 17 % du total.

Le développement des batteries rechargeables est désormais une affaire de sécurité nationale et de politique industrielle. Le contrôle des minéraux et les processus de fabrication nécessaires à la production des batteries lithium-ion constitueront au XXI^e siècle une priorité comparable à l’approvisionnement en pétrole au siècle précédent.

Actuellement, les flux de batteries sont dominés par des pays et entreprises asiatiques. Près de 65 % d’entre elles proviennent de Chine. En comparaison, aucun pays ne représente à lui seul plus de 20 % de la production mondiale de pétrole brut.

Les entreprises travaillent à de nouvelles configurations de produits – comme les batteries solides, qui ne font pas appel à un liquide pour le transfert d’ions – qui pourraient fortement accroître la puissance des batteries et en diminuer encore les coûts. La valeur d’une telle rupture technologique se chiffrerait en milliards, voire en milliers de milliards de dollars.

Aujourd’hui, plus des deux tiers des batteries lithium-ion produites au monde servent à la fabrication de véhicules, et la proportion devrait atteindre les trois quarts avant 2030

« Les innovations à venir sont encore considérables », affirme Christina Lampe-Onnerud, directrice générale de Cadenza Innovation, une start-up basée dans le Connecticut et spécialisée dans les batteries. L’entreprise prévoit que les bâtiments pourraient un jour intégrer leurs propres batteries et disposer ainsi de réserves d’électricité utilisables durant les pics de consommation pour réduire les coûts.

Le premier véhicule électrique commercialisé faisant appel aux batteries lithium-ion était la Tesla Roadster, en 2008. L’un des premiers avantages dont le constructeur automobile a tiré parti a été de découvrir qu’il pouvait utiliser des éléments de batterie d’ordinateur portable facilement accessibles pour faire fonctionner ses véhicules. Au départ, Tesla achetait directement auprès de fabricants asiatiques ces pièces destinées à des ordinateurs portables, qui à l’époque intégraient six à douze éléments de batterie. Le Roadster à deux places en nécessitait près de 7 000.

Aujourd’hui, plus des deux tiers des batteries lithium-ion produites au monde servent à la fabrication de véhicules, et la proportion devrait atteindre les trois quarts avant 2030, selon Benchmark Mineral Intelligence, une société londonienne spécialiste des prix et applications industrielles des batteries.

Les mêmes batteries servent de plus en plus à équiper les réseaux électriques. En janvier, en Floride, a commencé la production d’une batterie qui utilisera 2,5 millions de cellules lithium-ion, comparables en termes chimiques à celles de Tesla, mais de plus grande taille. Florida Power & Light, division de NextEra Energy, a indiqué que sa batterie pourrait fournir l’électricité nécessaire à Disney World durant sept heures.

Les batteries automobiles usagées, légèrement dégradées après plusieurs années d’utilisation, sont recyclées dans le cadre de projets de stockage. A Amsterdam, le stade Johan Cruijff Arena dispose ainsi d’une « super batterie » de trois mégawatts composée à partir de 148 jeux de batteries d’anciennes Nissan Leaf, dont beaucoup ont été recyclées, et qui permettent de stocker l’électricité produite par les panneaux solaires installés sur le toit et d’équilibrer l’utilisation d’énergie de l’infrastructure.

Pour satisfaire la demande attendue, la production mondiale de lithium, un métal de couleur gris argenté servant également à la fabrication de bombes nucléaires et au traitement des troubles bipolaires, a presque triplé au cours des dix dernières années, selon Benchmark. Le lithium provient principalement d’Australie et du Chili, où il est extrait de saumures, même si les efforts d’augmentation de la production américaine, dans les mines du Nevada et de Caroline du Nord, éveillent l’intérêt d’investisseurs.

Ces dernières années, les prix ont baissé plus rapidement que prévu sous l’effet de la demande des constructeurs automobiles. Actuellement, les batteries et moteurs pour véhicules électriques coûtent environ 4 000 dollars de plus à produire qu’une motorisation comparable à essence pour une berline de taille moyenne. Le surcoût aura été ramené à 1 900 dollars d’ici à 2022, et disparaîtra d’ici à 2025, selon la banque d’investissement UBS.

Ken Morris, responsable des véhicules électriques chez GM, a déclaré en septembre dernier que les coûts de fabrication devraient être équivalents dans les cinq ans. Dans leur course pour s’assurer les gigantesques capacités nécessaires au fonctionnement de millions de véhicules électriques, des constructeurs comme Volkswagen, Tesla ou GM font encore davantage baisser les prix des batteries. L’essor du transport électrique attire aussi certains géants de la tech comme Apple ou Amazon.

L’année dernière, les véhicules électriques ont représenté 4 % des ventes de voitures neuves sur les principaux marchés mondiaux (Etats-Unis, Europe et Chine), contre 1 % en 2017, selon des données de Deutsche Bank. En 2025, la banque estime que ce chiffre aura atteint 22 %.

Ingénieurs et entreprises ont aujourd’hui l’œil sur la prochaine évolution du secteur : fabriquer des batteries qui pourront utiliser et distribuer de l’électricité propre et bon marché issue d’éoliennes et de panneaux solaires, et ce, à d’autres moments qu’en soirée

Dans le secteur énergétique, les réseaux électriques ont été bâtis durant plus d’un siècle selon un principe de production « juste à temps ». Chaque seconde, l’approvisionnement en électrons correspondait à la demande car il n’existait pas de moyen de stocker l’énergie en vue d’une utilisation ultérieure.

Pour remédier à ce problème, la demande d’énergie durant les jours les plus froids et les plus chauds de l’année a, ces dernières décennies, été satisfaite grâce à des centrales au gaz naturel qui pouvaient être mises en route durant les quelques heures que duraient les pics de consommation.

De vastes installations de batteries lithium-ion ont commencé à remplacer ces centrales aux Etats-Unis. Ces batteries (qui utilisent souvent de l’énergie issue de panneaux solaires, même si elles peuvent aussi faire appel à l’électricité bon marché du réseau) accumulent des réserves d’électricité pendant la journée. Celle-ci est ensuite distribuée durant quelques heures après la tombée du jour, lorsque la demande et les prix augmentent.

Ingénieurs et entreprises ont aujourd’hui l’œil sur la prochaine évolution du secteur : fabriquer des batteries qui pourront utiliser et distribuer de l’électricité propre et bon marché issue d’éoliennes et de panneaux solaires, et ce, à d’autres moments qu’en soirée.

Cette avancée menace non seulement les centrales à gaz destinées aux pics de consommation, mais aussi de nombreuses centrales classiques, dont le financement se fondait sur le postulat qu’elles pourraient vendre leur électricité en journée de façon concurrentielle pendant des décennies.

Les batteries « sont sur le point de devenir très disruptives », affirme Chris McKissack, directeur général de GlidePath Power Solutions, une société de l’Illinois spécialisée dans la production d’énergie renouvelable. Il estime que sur les 800 gigawatts actuellement issus de centrales au gaz et au charbon, plus de 100 pourraient devenir subitement non rentables et inutiles. Il évoque une « énorme opportunité en termes de stockage ».

Au Texas, Etat dont le marché de l’électricité est compétitif, les forces économiques sont à l’origine d’un boom des batteries. Fin 2020, les batteries installées pouvaient distribuer 215 mégawatts d’électricité. L’exploitant du réseau tablait sur 2 000 mégawatts d’ici à la fin 2023, soit 4 à 5 % de la demande moyenne auquel fait face le principal réseau électrique de l’Etat à ce moment de l’année.

La Californie et New York ont demandé aux distributeurs d’énergie d’installer davantage de batteries, d’accroître la fiabilité du réseau et de lisser la volatilité des prix tout en intégrant davantage de sources renouvelables.

L’an dernier, deux entreprises californiennes assurant la fourniture de courant à près de 700 000 clients ont étendu un accord existant à l’acquisition de l’électricité produite par un vaste projet d’énergie solaire au nord de Bakersfield. Ces entreprises, Silicon Valley Clean Energy et Central Coast Community Energy, ont indiqué que les batteries utilisées leur permettraient de fournir de l’énergie de source renouvelable sans que les prix n’augmentent fortement.

« Je vois aujourd’hui le réseau de manière totalement différente », déclare Girish Balachandran, le patron de Silicon Valley Clean Energy, qui estime que la place du gaz naturel dans le portefeuille de l’entreprise en Californie diminuera parallèlement à l’augmentation de l’énergie éolienne et solaire stockée grâce aux batteries.

M. Balachandran imagine de nouvelles manières de déployer des batteries à mesure que les prix baissent, de façon à garantir la fiabilité du réseau.

Les prix ont nettement baissé depuis janvier 2010, date à laquelle le Boston Consulting Group estimait le coût du kilowatt/heure des batteries entre 1 000 et 1 200 dollars. Il jugeait alors « improbable, à moins d’une avancée majeure dans la chimie des batteries », de ramener ce prix à 250 dollars – niveau que visaient les constructeurs automobiles.

Aujourd’hui, les prix du kilowatt/heure se situent autour de 125 dollars, l’augmentation considérable des capacités de production ayant entraîné une baisse des coûts, et des modifications dans la chimie et la conception des batteries ayant permis des économies supplémentaires.

Les coûts des batteries devraient encore diminuer, selon Venkat Viswanathan, professeur associé en génie mécanique à l’Université Carnegie Mellon. Il estime que les prix devraient descendre jusqu’à 80 dollars par kilowatt/heure dans deux à trois ans, avant d’atteindre un point d’inflexion.

Pour Gene Berdichevsky, ancien concepteur des batteries de la Tesla Roadster et aujourd’hui fondateur et directeur général de Sila Nanotechnologies, une entreprise d’Alameda (Californie) spécialisée dans l’amélioration de la technologie des batteries, abaisser le coût de stockage à 50 dollars par kilowatt/heure pourrait valoir 500 milliards de dollars. La technologie « va donner lieu à un immense déploiement d’ingéniosité scientifique », explique M. Berdichevsky.

L’année dernière, les Etats-Unis ont mis en place un consortium d’agences pour promouvoir le développement du secteur sur leur territoire, citant son importance dans l’électronique grand public et la défense. La Loi sur la production de défense (Defense Production Act) a également été invoquée pour accélérer l’exploitation de mines de terres rares.

Ingénieurs et entreprises ont aujourd’hui l’œil sur la prochaine évolution du secteur : fabriquer des batteries qui pourront utiliser et distribuer de l’électricité propre et bon marché issue d’éoliennes et de panneaux solaires, et ce, à d’autres moments qu’en soirée

Lors de sa confirmation par le Sénat au poste de secrétaire d’Etat à l’énergie le mois dernier, Jennifer Granholm a manifesté son intérêt pour la production locale : « Nous pouvons acheter des voitures électriques en Asie, ou bien nous pouvons les fabriquer nous-mêmes », a-t-elle déclaré.

L’Union européenne se sert de la politique industrielle pour encourager le développement d’un secteur européen des batteries. Peter Altmaier, le ministre allemand de l’Economie et de l’Energie, a récemment indiqué que l’UE souhaitait la création en Europe d’une chaîne de valeur complète, depuis le traitement des matières premières jusqu’au recyclage des batteries.

La demande croissante de batteries pourrait peser sur l’offre de minéraux essentiels. En outre, l’utilisation de quantité de batteries de véhicules électriques augmenterait la demande d’électricité, entraînant des tensions sur l’approvisionnement.

Un autre défi se profile : bien que la sécurité des batteries lithium-ion se soit améliorée, celles-ci peuvent prendre feu, ce qui a déjà conduit certains constructeurs automobiles comme GM, Hyundai ou BMW à rappeler des véhicules.

Un nombre insuffisant de stations de recharge pourrait par ailleurs dissuader l’achat de véhicules électriques. San Francisco estime ses besoins potentiels à plus de 5 100 stations de recharge d’ici à 2030, contre 834 en 2019. Charger des batteries en si grand nombre pourrait nécessiter 7 % d’électricité en plus que ce que la ville consomme actuellement, selon une analyse réalisée par deux fonctionnaires de la municipalité.

Les spécialistes de l’automobile sont cependant d’avis que les véhicules électriques (qui, du point de vue mécanique, sont beaucoup plus simples que les modèles à essence car ils requièrent moins de composants en mouvement) finiront par dominer le marché.

Le moteur à combustion interne (MCI) a été amélioré durant un siècle, jusqu’à atteindre une quasi-perfection, observe Sandy Munro, un consultant en automobile qui démonte chaque année plus de vingt véhicules pour étudier les composants des différentes pièces, ainsi que leur technologie et leur assemblage. A l’inverse, les innovations dans le domaine des véhicules électriques n’en sont qu’à leurs débuts.

« On commence à peine à s’y intéresser, note M. Munro. L’ère du MCI touche à sa fin. »

(Traduit à partir de la version originale en anglais par Anne Montanaro)

Un avenir pour les batteries européennes ?

Un avenir pour les batteries européennes ? 

Yann Ménière, le chef économiste de l’Office européen des brevets (OEB) estime qu’il y a un avenir pour les nouvelles batteries à l’échelle européenne dans une interview à l’Opinion

Le monde innove-t-il toujours autant en matière de batteries électriques ?

De plus en plus ! La batterie suscite beaucoup d’intérêt car son poids est appelé à grandir considérablement si on veut satisfaire les objectifs de la transition énergétique. L’agence internationale de l’énergie (AIE) estime que près de 10 000 GWh de batteries et autres formes de stockage d’énergie seront nécessaires chaque année d’ici à 2040, contre environ 200 GWh aujourd’hui, ce qui implique 50 fois plus de déploiements annuels !

Quels sont les grands domaines d’innovation dans ce secteur ?

On distingue trois vagues d’innovation pour les batteries rechargeables. La première a eu lieu au début des années 2000, lors du développement de la mobilité électronique, (ordinateurs, téléphones portables…), avec un leadership des entreprises japonaises. Depuis les années 2010, une deuxième vague plus puissante, liée au véhicule électrique, a renforcé la domination asiatique. Elle a aussi marqué l’irruption des constructeurs automobiles, allemands et américains notamment, parmi les principaux déposants de brevets. Cette vague d’innovations a fait de la technologie lithium-ion le standard technologique pour ces batteries. La troisième vague à venir, tout aussi puissante, concerne les batteries « stationnaires ». Elles sont utilisées pour absorber les surplus d’électricité des énergies renouvelables, à l’image des « powerwall » de Tesla. Ce sont des batteries intégrées qui rendent le réseau électrique plus efficace. Leur déploiement d’ici à 2040 sera aussi massif que celui des batteries pour voitures aujourd’hui.

Actuellement, neuf des dix grands acteurs mondiaux du marché des batteries sont asiatiques. Leur suprématie est-elle inévitable dans ce domaine ?

L’enjeu de l’innovation réside dans les prochaines générations de batteries. Aujourd’hui, le leadership asiatique est écrasant. C’est un gros sujet de souveraineté industrielle puisque non seulement l’Asie fabrique les batteries, mais elle contrôle la technologie et possède les brevets. Pour l’avenir, il y a deux champs de bataille : l’amélioration de la technologie lithium-ion si l’on veut produire ces batteries à grande échelle, et le développement de technologies très différentes. Pour ce qui concerne le lithium-ion, on cherche notamment à supprimer un matériau cher et polluant, le cobalt. Parmi les solutions d’avenir se trouvent le LFP (lithium, fer, phosphate) et le NCA (technologie sur laquelle travaillent Tesla et Panasonic). Les Américains sont en pointe, et dans les deux cas l’Europe fait moins mauvaise figure que dans la batterie « classique » au lithium. Hors du domaine du lithium-ion, la technologie Redox-flow permet de surmonter les risques d’embrasement et pourrait être déployée à grande échelle. Là aussi les Américains sont en avance, et l’Europe a sa carte à jouer.

Dans ce contexte, l’Airbus de la batterie a-t-il une chance de décoller ?

L’histoire des batteries se répète toujours : elle débute dans des universités et des start-up, puis les grands industriels exploitent la technologie. Ces universités ou centres de recherche, on les trouve en Europe et aux Etats-Unis. En France, le CEA est le principal déposant de brevets dans les batteries, sans oublier le CNRS. Mais l’Europe a failli dans le passé car les industriels ne se sont pas approprié la technologie. Le fait d’avoir un « Airbus », qui organise la mise en contact du monde industriel, des universités et des start-up prouve qu’on a pris conscience du problème. C’est une réponse pertinente.

Mais la Chine investit massivement, l’Airbus de la batterie ne rassemble pour le moment que la France et l’Allemagne…

La dynamique des brevets est très instructive. La Chine, qui a entamé son décollage en 2009 seulement, a déjà doublé les Etats-Unis. Quel est l’enseignement ? Rattraper, c’est possible, c’est ce que font les Chinois. Mais il faut s’en donner les moyens, prioriser ce secteur comme stratégique et y investir massivement avec un double objectif : développer la recherche fondamentale, ce en quoi l’Europe n’est pas mauvaise. Et surtout industrialiser ces technologies, là est le nôtre vrai défi.

Face à la pile à combustible, n’y a-t-il pas un sujet de compétitivité environnementale de la batterie électrique ?

Tout à fait. Une partie de l’innovation porte là-dessus. Outre la question du cobalt à éliminer, les efforts portent sur le recyclage. On peut prolonger la durée de vie et améliorer la compétitivité d’une batterie de voiture en la transformant en batterie stationnaire. Les industriels y travaillent. Quant à l’hydrogène, il sera sans doute une solution à l’horizon de dix, vingt ans. Dans l’intervalle, on va avoir besoin de batteries propres et sûres, avant de migrer vers l’hybride électrique/hydrogène. Les deux sujets sont complémentaires.

 

Automobile électrique : la filière hydrogène risque de plomber la filière des batteries classiques

 

C’est le paradoxe, alors que la voiture électrique n’a encore pas fait la preuve de sa percée définitive sur le marché, elle est déjà menacée par la filière hydrogène. La voiture électrique classique est handicapée par la limitation des parcours qu’elle permet, aussi et surtout par ce poids de 300 à 400 kg que représentent les batteries. Un poids considérable. Le véhicule hydrogène existe. C’est le train, le car, le bus, l’automobile. Le coût est encore très supérieur au véhicule classique mais il s’agit d’un problème d’échelle. Les productions sont encore très marginales et il reste encore des progrès technologiques pour améliorer la compétitivité. Avec les investissements prévus en France comme en Allemagne, on va assister à un changement d’échelle qui rendra l’hydrogène économiquement attrayante et écologiquement nettement plus cohérente que la voiture à batteries classiques. Le problème c’est que cela risque de déstabiliser encore un peu plus des constructeurs déjà affectés par les nouvelles normes pour réduire la pollution sur les moteurs à combustion classique. À peine s’orientent-t-il vers la production de masse de voitures électriques que déjà le  véhicule à hydrogène pointe son nez. Cette perspective qui devrait être opérationnelle d’ici 10 ans risque de bousculer les plans d’investissement et de créer un grand climat d’incertitude chez les clients.

Une incertitude qui existe déjà vis-à-vis du véhicule électrique et qui risque donc d’être amplifiée par la filière hydrogène.

 

Union Renault Total et PSA sur les batteries électriques?

Union Renault Total et PSA sur les batteries électriques?

 

 

 

Initiative française est intéressante. Cependant la question se pose de sa dimension par rapport à l’enjeu aussi de savoir s’il n’est déjà pas trop tard Formée par Total, via sa filiale Saft, et PSA, la coentreprise ACC (Automotive Cells Company) a reçu le feu vert de la commission européenne en février dernier avec l’objectif de produire des batteries pour un million de véhicules par an en Europe, soit près 10 à 15% du marché, d’ici 2030. Renault, a poursuivi Emmanuel Macron, a par ailleurs décidé de “développer le nouveau moteur électrique de l’alliance à Cléon (Haute Normandie) projet initialement prévu en Asie”.

L’Airbus des batteries: Oui de PSA

L’Airbus des batteries: Oui de PSA

 

-Le conseil de surveillance de PSA a donné lundi son feu vert à l’étude d’une coentreprise de batteries avec Total et sa filiale Saft devant permettre à l’Europe de rattraper son retard sur l’Asie en matière de stockage d’électricité pour les véhicules.

La Commission européenne a lancé fin 2017 une initiative connue sous le nom “d’Airbus des batteries”. L’écrasante majorité des batteries lithium-ion pour les voitures vient actuellement de Corée et de Chine, alors que ce composant est appelé à jouer un rôle stratégique sur un marché des véhicules de plus en plus électrifié.

L’Union européenne autorise une aide publique de 3,2 milliards d’euros que pourront accorder 7 États-membres dont l’Allemagne et la France pour développer une filière industrielle de batteries pour les véhicules électriques, via un consortium de 17 entreprises. L’enjeu: moins dépendre des batteries d’origine asiatique.

L’Europe veut accélérer pour mettre en place une filière européenne des batteries pour les véhicules électriques. La Commission européenne a autorisé ce lundi sept Etats membres, dont l’Allemagne et la France, à apporter une aide publique de 3,2 milliards d’euros pour développer dans l’UE le secteur des batteries électriques, via un consortium de 17 entreprises (cf illustration ci-dessous) dont les firmes allemandes BASF et BWM et le chimiste belge Solvay.

L’Allemagne est autorisée par la Commission à investir jusqu’à 1,25 milliard d’euros. Viennent ensuite la France (960 millions), l’Italie (570 millions), la Pologne (240 millions), la Belgique (80 millions), la Suède (50 millions) et la Finlande (30 millions).

 

Ces développements concerneront les batteries Li-ion (à électrolyte liquide et à semi-conducteurs), qui ont une plus longue durée de vie et se rechargent plus vite que les batteries actuellement sur le marché.

Les 17 participants directs associés au projet, principalement des acteurs industriels, dont des petites et moyennes entreprises (PME), collaboreront les uns avec les autres et avec plus de 70 partenaires externes, comme des PME et des organismes publics de recherche de toute l’Europe.

L’investissement des sept États concernés  « devrait permettre de mobiliser 5 milliards d’euros supplémentaires en investissements privés », précise Bruxelles, qui considère ces subventions compatibles avec sa réglementation en matière d’aides d’État. L’ensemble du projet devrait prendre fin en 2031.

Les domaines privilégiés par « l’Airbus des batteries »

Les participants (industriels) au projet et leurs partenaires (centre de recherche, PME) devront privilégier quatre domaines technologiques liés aux batteries, précise la Commission européenne:

• les matières premières et les matériaux avancés: le projet européen entend développer des processus innovants durables qui permettent l’extraction, la concentration, le raffinage et la purification des minerais afin de générer des matières premières de grande pureté. En ce qui concerne les matériaux avancés (comme les cathodes, les anodes et les électrolytes), il vise à améliorer les matériaux existants ou à en créer de nouveaux, qui seront utilisés dans des cellules de batteries innovantes
• les cellules et les modules: le projet entend développer des cellules et des modules innovants conçus pour répondre aux critères de sécurité et de performance exigés pour les applications automobiles et non automobiles (stockage fixe de l’énergie, machines-outils, etc.);
• les systèmes de batteries: le projet entend développer des systèmes de batteries innovants incluant des logiciels et des algorithmes de gestion des batteries ainsi que des méthodes de vérification innovantes;
• la réaffectation, le recyclage et le raffinage: le projet entend élaborer des processus sûrs et innovants pour la collecte, le démantèlement, la réaffectation, le recyclage et le raffinage des matériaux recyclés.

 

Voitures électriques : 5 à 6 milliards d’euros pour bâtir un géant européen des batteries

Il était temps de réagir pour l’Europe car a production de cellules de batteries est aujourd’hui contrôlée par une poignée de groupes asiatiques notamment chinois. Actuellement, seul 1% de la production mondiale de cellules lithium-ion émane de l’Union européenne, alors que le marché mondial des batteries auto pourrait atteindre 45 milliards d’euros en 2027, dont 20% à 30% en Europe. 5 à 6 milliards d’euros seront donc investis  pour créer un gérant un géant européen des batteries dans 1,2 milliards d’euros publics. Il est prévu la construction d’ici 2020 d’une usine pilote de 200 emplois en France, puis d’ici 2023 de deux usines de production, l’une en France, l’autre en Allemagne, susceptibles de créer 1.500 emplois chacune.

« C’est une étape majeure dans la longue histoire de notre industrie européenne », a souligné le ministre, pour qui ce projet montre que l’Europe « n’est pas condamnée à dépendre des importations technologiques des deux grandes puissances que sont les États-Unis et la Chine ».

Selon Peter Altmaier, le ministre allemand, plusieurs entreprises européennes ont d’ores et déjà fait part de leur intérêt pour le futur consortium, à l’image du groupe automobile PSA et de sa filiale allemande Opel, et du fabricant français de batteries de haute technologie Saft, propriété du groupe Total. « Aujourd’hui, nous avons un intérêt plus élevé que jamais » pour ce projet de filière européenne, qualifié de « Airbus des batteries », a déclaré M. Altmaier, en assurant que Paris et Berlin au cours de leurs échanges avaient obtenu « 35 réponses positives, y compris de grands producteurs automobiles ».

« Les consortiums ne sont pas composés par l’État, ils ne sont pas composés par les ministres ou par la commission », a toutefois souligné M. Altmaier, en rappelant que le choix d’intégrer ou non l’alliance revenait aux industriels et constructeurs, par ailleurs « à l’origine de ce projet ».

Selon le Commissaire européen Maros Sefcovic, le feu vert de Bruxelles à l’octroi de subventions publiques à cette filière européenne de batteries pourrait être donné avant la fin du mandat de l’actuelle Commission, à savoir octobre. « Le temps presse si nous voulons que notre production européenne soit en place d’ici à 4-5 ans », a souligné M. Sefcovic, en promettant que la Commission, critiquée par Paris et Berlin pour avoir empêché le grand mariage industriel franco-allemand d’Alstom et Siemens, allait jouer un « rôle de facilitateur ».

Total investit 1 milliard dans les batteries électriques

Total investit 1 milliard dans les batteries électriques

Total pétrolier a proposé lundi de racheter le fabricant français de batteries de haute technologie Saft pour 950 millions d’euros, dans le cadre d’une offre publique d’achat (OPA) amicale. Un projet de rachat approuvé à l’unanimité par le conseil de surveillance de Saft.  « Le XXIe siècle sera électrique », assurait il y a quelques semaines Patrick Pouyanné, dans une interview aux « Echos ». Le PDG de Total a officialisé mi-avril la création d’une nouvelle division, « gas renewables and power », qui viendra s’ajouter à ses activités traditionnelles dans le pétrole. Celle-ci regroupera les activités dans l’aval gaz, les énergies renouvelables et les activités d’efficacité énergétique. Pourquoi le groupe se lance-t-il dans ce nouveau métier ? « Il nous faut intégrer le défi du changement climatique, et l’évolution du mix énergétique qui va en découler : les prévisions de l’Agence internationale de l’énergie montrent que la part du pétrole va baisser, au profit du gaz et des renouvelables », expliquait Patrick Pouyanné. « Notre objectif n’est pas de devenir électricien. [...] Mais nous devons comprendre les marchés électriques en nous positionnant sur certains éléments de la chaîne de valeur. » Total a déjà fait un pas dans le solaire depuis le rachat en 2011 de SunPower, l’un des leaders mondiaux dans la fabrication de panneaux solaires. Avec Saft, le groupe s’avance dans un autre domaine clé : le stockage de l’électricité, et notamment celle produite par les énergies solaire et éolienne. Puisque leur production est intermittente (quand le vent faiblit ou le soleil ne se montre pas), le défi est de stocker leur production pour la restituer ensuite en fonction de la demande. Une question sur laquelle planchent de nombreuses sociétés – Tesla, Schneider Electric, RWE, etc. – ainsi que plusieurs start-up, avec différentes pistes technologiques à l’étude. Total a d’ailleurs déjà investi dans une start-up américaine, LightSail Energy, qui travaille sur d’autres solutions que les batteries.

(Les Échos)