Forums des énergies : société, écologie et technologies propres

Je m'essaie à l'écriture et vous partage un résumé d'un article américain sur les alternatives face à la crise du Lithium. Je suis encore émerveillée de voir toutes les ressources possibles...mais à quel prix ?

À l'ère de l'électrification, les piles rechargeables nous semblent aller de soi. Qu'il s'agisse de téléphones, d'ordinateurs portables ,d'appareils photo ou la technologie de conduction osseuse (une découverte surprenante sur le monde de l'audio!), ces batteries ont une chose en commun. Elles sont toutes composées de lithium.Les batteries lithium-ion (Li-ion) ont pris le monde d'assaut ces dernières années. Elles constituent aujourd'hui l'option de stockage par batterie la plus populaire, contrôlant plus de 90 % du marché mondial des réseaux électriques. Et elles stockent l'énergie efficacement, pendant une longue période.

Mais leur utilisation la plus notable aujourd'hui est celle des véhicules électriques.

Au cours de la dernière décennie, l'explosion de la production de batteries lithium-ion a entraîné une baisse de 85 % des prix, rendant les voitures électriques commercialement viables pour la première fois dans l'histoire.Les batteries ouvrent la voie à un avenir sans dépendance aux combustibles fossiles, ce qui est crucial si nous voulons ralentir le changement climatique.Mais le lithium n'est pas l'élément chimique le plus respectueux de l'environnement que nous pourrions utiliser. En Amérique du Sud, d'immenses réserves de lithium consomment de l'eau par litres entiers, provoquant des conflits dévastateurs entre les populations locales. Il faut 2,2 millions de litres d'eau pour produire une tonne de lithium.

L'extraction du lithium nuit également aux sols et peut entraîner une contamination de l'air.

Nombreux sont ceux qui soulignent que les batteries Li-on peuvent être recyclées, ce qui est certainement un avantage car cela signifie qu'elles peuvent être réutilisées à l'infini sans qu'il soit nécessaire de procéder à une extraction à chaque fois.

Mais cette pratique n'est pas encore universellement établie et le recyclage des batteries a fait de maigres progrès ces dernières années. Si nous voulons continuer à compter sur les batteries au lithium, il faut donc améliorer la situation. Comme le dit Mario Pagliaro dans une étude récente, "la réutilisation et le recyclage des batteries au lithium ne sont plus une option mais un besoin inévitable pour les fabricants de batteries et de VE."

En attendant, beaucoup cherchent une solution de remplacement. D'autant que rien ne garantit que nous pourrons trouver suffisamment de matière première pour répondre à la demande.

Que pouvons-nous utiliser à la place du lithium dans les batteries ?

Le sel Le sel, ou sodium, est un proche cousin chimique du lithium. Bien qu'il s'agisse d'un élément très similaire, il n'a pas le même impact sur l'environnement, ce qui signifie qu'il pourrait être une option envisageable pour le remplacer. La solution pourrait être les batteries sodium-ion. La technologie sodium-ion ne consomme aucune ressource rare - et sa production ne nécessite pas de sels de lithium rares - le simple sel de table suffit. Par contre, le sodium est 3 fois plus lourd que le lithium! Ce qui signifie que les batteries sodium-ion sont également beaucoup plus lourdes. Les batteries au sodium peuvent également être moins puissantes car la tension de leurs cellules est plus faible.

Eau de mer Si les batteries au sel existent, pourquoi ne pas utiliser de l'eau de mer ? Une équipe de l'Institut de technologie en Allemagne a mis au point un prototype de batterie à base d'eau de mer. Nos océans contiennent environ plus de 180 milliards de tonnes de lithium. Mais comme il est dilué, les chercheurs conçoivent de nombreux filtres pour tenter d'extraire sélectivement l'eau de mer du lithium, afin de l'utiliser à bon escient.


Le silicium De nombreux scientifiques considèrent le silicium comme un ingrédient essentiel qui pourrait transformer les batteries. Il ne remplacerait pas le lithium, mais il serait ajouté aux batteries au lithium - ce qui signifie qu'elles seraient moins chères et plus efficaces à long terme. Actuellement, les batteries lithium-ion utilisent le graphite comme composant clé. Pour info, le graphite est constitué de fines et multitudes couches de carbone, elles-mêmes empilées les unes sur les autres. Et dans une batterie lithium-ion traditionnelle, les ions de lithium peuvent glisser à travers ces espaces vides entre les couches, ce qui entraîne une perte.Remplacer le graphite par du silicium pourrait conduire à des batteries plus légères et plus sûres.


Magnésium Le magnésium fait actuellement l'objet de recherches en tant que composant potentiellement puissant des futures batteries. C'est un élément qui peut transporter une charge importante de +2, soit plus que le lithium et le sodium. Selon une étude, les batteries fabriquées à partir de magnésium métallique pourraient avoir une densité énergétique plus élevée, une plus grande stabilité et un coût plus faible que les cellules lithium-ion actuelles.Le magnésium présente également un autre avantage. Chaque atome de magnésium libère deux électrons pendant la phase de décharge de la batterie, contre un électron pour le lithium. Cela lui donne la possibilité de fournir près de deux fois plus d'énergie électrique.

Chanvre Cette plante et fibre durable utilisée dans l'habillement, les matériaux de construction, l'alimentation et même les pièces automobiles, pourrait devenir un élément clé des batteries de véhicules électriques moins chères, plus sûres et moins nocives pour l'environnement.

Le fer Le fer pourrait peut-être être un excellent substitut du lithium. On pense que cet élément chimique a un meilleur "potentiel d'oxydoréduction", c'est-à-dire un "potentiel de réduction" dans le jargon scientifique (il ne perd pas son efficacité aussi rapidement).
En septembre de l'année dernière a été publié par Bloomberg. Il porte sur une entreprise d'énergie propre de l'Oregon, aux États-Unis, qui effectue un achat record de batteries reposant sur la "chimie du fer". Celles-ci peuvent apparemment stocker de l'énergie renouvelable pendant plus longtemps et pourraient "aider à surmonter certains des problèmes de fiabilité qui ont provoqué des pannes d'électricité en Californie et des prix record de l'énergie en Europe".
La seule limite des batteries à flux de fer est qu'elles sont beaucoup plus grandes que les batteries au lithium. Cela signifie qu'elles ne pourraient pas être utilisées dans les smartphones, les ordinateurs portables ou même les véhicules électriques, mais qu'elles pourraient constituer une option pratique pour le stockage sur le réseau.

 
Les hypothèses sur les alternatives, surtout quand elles sont présentées avec des éloges dithyrambiques tandis qu'est fait le procès du lithium, il faut s'en méfier. Les piles et les batteries sont aujourd'hui recyclées donc la pollution des sols par le lithium est un argument fallacieux, sauf pour la question de son extraction dans les mines, mais là c'est une question de volonté politique pour mettre en place un protocole de sûreté, comme dans le nucléaire.

Les alternatives font l'objet d'un nombre considérable d'études, mais entre la théorie et une mise sur le marché, il y a un gouffre. Ca fait 15 ans que j'en vois passer, des idées prometteuses nous dit-on, dont rien de concret ne vient ensuite. Si les alternatives ne sont pas en service, c'est qu'elles ont des inconvénients supérieures au lithium, comme notamment la densité énergétique insuffisante, mais aussi la dégradation dans le temps, le nombre et le temps des recharges, les risques divers... Ca ne veut pas dire qu'un métal comme le magnésium ne serait pas valable, mais qu'actuellement, on ne sait pas faire.
Par exemple à la question "si les batteries au sel existent, pourquoi ne pas utiliser de l'eau de mer ?", ça a été fait, notamment dans le domaine des piles à combustibles. Et bien sûr ce qui devait arriver arriva : l'encrassement des membranes, parce que l'eau de mer ce n'est pas que de l'eau salée, c'est plein de micro-organismes et de particules en suspension. Et s'il faut purifier l'eau de mer avant de s'en servir, bonjour le coût énergétique.

Les alternatives viendront certainement, le lithium était d'ailleurs un gros avantage par rapport au cadmium qui l'a précédé, inutile de les réclamer, tous les acteurs du domaine sont conscients du problème et font de la recherche. Vu les perspectives juteuses qu'une innovation valable représenterait, s'ils n'en présentent pas c'est qu'il n'ont pas réussi. Le grand-public ne se rend pas compte des difficultés quand on se confronte au réel de l'ingénierie. Certains vont même jusqu'à imaginer des théories du complot pour expliquer qu'on ne voudrait pas de changement technologique quand en fait, c'est qu'on ne sait pas comment. Ceux-là n'ont sûrement jamais mis la main à la pâte en matière d'innovation.

PS - Pour l'allusion à la conduction osseuse, j'ai l'équipement pour ça, j'ai testé. Comme pour les batteries innovantes, la réalité est moins rose que ce qu'on en dit. Si ça peut convenir pour une conversation téléphonique, ou à un sportif qui écoute de la musique dans son activité où l'exigence de qualité n'est pas grande contrairement au besoin d'entendre le son ambiant, en revanche c'est bien moins bon qu'un casque audio, c'est très sensible au positionnement, au serrage, le spectre des fréquences dépend de ce positionnement, notamment les aigues sont facilement étouffées, ou ont des fuites entendues par la voie externe pour ceux qui ont les oreilles sensibles.

Exnihiloest a écrit : 
Les hypothèses sur les alternatives, surtout quand elles sont présentées avec des éloges dithyrambiques tandis qu'est fait le procès du lithium, il faut s'en méfier. Les piles et les batteries sont aujourd'hui recyclées donc la pollution des sols par le lithium est un argument fallacieux, sauf pour la question de son extraction dans les mines, mais là c'est une question de volonté politique pour mettre en place un protocole de sûreté, comme dans le nucléaire.

Les alternatives font l'objet d'un nombre considérable d'études, mais entre la théorie et une mise sur le marché, il y a un gouffre. Ca fait 15 ans que j'en vois passer, des idées prometteuses nous dit-on, dont rien de concret ne vient ensuite. Si les alternatives ne sont pas en service, c'est qu'elles ont des inconvénients supérieures au lithium, comme notamment la densité énergétique insuffisante, mais aussi la dégradation dans le temps, le nombre et le temps des recharges, les risques divers... Ca ne veut pas dire qu'un métal comme le magnésium ne serait pas valable, mais qu'actuellement, on ne sait pas faire.
Par exemple à la question "si les batteries au sel existent, pourquoi ne pas utiliser de l'eau de mer ?", ça a été fait, notamment dans le domaine des piles à combustibles. Et bien sûr ce qui devait arriver arriva : l'encrassement des membranes, parce que l'eau de mer ce n'est pas que de l'eau salée, c'est plein de micro-organismes et de particules en suspension. Et s'il faut purifier l'eau de mer avant de s'en servir, bonjour le coût énergétique.

Les alternatives viendront certainement, le lithium était d'ailleurs un gros avantage par rapport au cadmium qui l'a précédé, inutile de les réclamer, tous les acteurs du domaine sont conscients du problème et font de la recherche. Vu les perspectives juteuses qu'une innovation valable représenterait, s'ils n'en présentent pas c'est qu'il n'ont pas réussi. Le grand-public ne se rend pas compte des difficultés quand on se confronte au réel de l'ingénierie. Certains vont même jusqu'à imaginer des théories du complot pour expliquer qu'on ne voudrait pas de changement technologique quand en fait, c'est qu'on ne sait pas comment. Ceux-là n'ont sûrement jamais mis la main à la pâte en matière d'innovation.

PS - Pour l'allusion à la conduction osseuse, j'ai l'équipement pour ça, j'ai testé. Comme pour les batteries innovantes, la réalité est moins rose que ce qu'on en dit. Si ça peut convenir pour une conversation téléphonique, ou à un sportif qui écoute de la musique dans son activité où l'exigence de qualité n'est pas grande contrairement au besoin d'entendre le son ambiant, en revanche c'est bien moins bon qu'un casque audio, c'est très sensible au positionnement, au serrage, le spectre des fréquences dépend de ce positionnement, notamment les aigues sont facilement étouffées, ou ont des fuites entendues par la voie externe pour ceux qui ont les oreilles sensibles.

Merci beaucoup pour ce retour instructif ! Je ne peux vous contredire, je sens que vous avez bien plus d'expériences que moi à ce sujet. Mon intention d'écrire cet article n'était en rien un question de mettre en avant ces alternatives comme "LA" solution. Avec votre expérience, quelle(s) ressource(s) croyez-vous le plus au cours des dernières découvertes ? Je suis essentiellement là pour m'instruire Concernant la conduction osseuse; oui, j'avais vu qu'en effet il ne s'agissait pas d'un dispositif qui en "déboîte" en terme de qualité sonore...mais ma mère qui souffre d'acouphènes depuis 10 ans en est très reconnaissante de ce petit gadget !