Une étude de Nature étudie de près l'optimisation de la consommation d'énergie des usines de fabrication d'éléments de batterie
La production de piles joue un rôle clé dans la transformation de la mobilité et donc dans la réalisation des objectifs nationaux en matière de protection du climat
Dans l'état actuel des technologies de production, la demande en électricité de toutes les usines de batteries prévues dans le monde en 2040 sera de 130 000 GWh par an, ce qui équivaut à la consommation actuelle d'électricité de la Norvège ou de la Suède. Telle est la conclusion d'une étude réalisée par l'équipe de recherche dirigée par le Dr Florian Degen du Fraunhofer Research Institution for Battery Cell Production FFB, le MEET de l'Université de Münster, l'Institut Helmholtz de Münster et l'Université de Münster. Cependant, de nouvelles technologies de produits et de production peuvent optimiser la production de cellules de batterie et permettre des économies allant jusqu'à 66 %, soit l'équivalent de la consommation d'énergie de la Belgique ou de la Finlande (en 2021).
Les résultats de la recherche indiquent que la demande d'électricité pour les usines de fabrication de cellules de batteries augmentera pour atteindre 130 000 GWh par an d'ici 2040.
Fraunhofer FFB
Avec l'augmentation rapide de la demande de véhicules électriques, le marché des batteries croît rapidement, ce qui accélère le besoin d'usines de fabrication de cellules de batteries. Une étude réalisée par le Forum économique mondial et la Global Battery Alliance prévoit que la demande mondiale de batteries atteindra 2 600 GWh par an d'ici à 2030. En comparaison, la demande était d'environ 400 GWh en 2022. Cependant, les processus actuels de fabrication des cellules de batteries sont gourmands en énergie et produisent des niveaux élevés d'émissions de gaz à effet de serre.
Une étude réalisée par des chercheurs de Münster analyse la consommation d'énergie des gigafactories.
Dans ce contexte, la question se pose de savoir comment la consommation d'énergie de la production de cellules de batterie va évoluer et comment elle peut être réduite à l'avenir grâce à des technologies de production et de matériaux. À cette fin, l'équipe de recherche - Dr Florian Degen (Fraunhofer FFB), Prof. Dr Martin Winter (Münster Electrochemical Energy Technology (MEET) de l'université de Münster ; Helmholtz Institute Münster), Prof. Dr Jens Tübke (Fraunhofer FFB, KIT) et Prof. Dr David Bending (université de Münster ; REACH - EUREGIO Start-up Center) - a analysé la quantité d'énergie nécessaire à la production actuelle et future au niveau des cellules de batterie et au niveau macroéconomique. Une distinction a été faite entre les batteries lithium-ion (LIB) et les cellules de batteries alternatives, appelées batteries post-lithium-ion (PLIB).
130 000 GWh/a en 2040 avec les technologies de batterie et de production actuelles
Dans l'industrie automobile et d'autres secteurs, la montée en puissance de la production de cellules de batterie en est encore à ses débuts, mais le Dr Florian Degen, auteur de l'étude et directeur de la division "Stratégie et développement d'entreprise" au Fraunhofer FFB, souligne la demande future d'électricité : "Non seulement en Europe, mais aussi en Asie et en Amérique du Nord, la construction d'usines de fabrication de cellules de batteries est encouragée afin de conduire le changement nécessaire dans la mobilité. La demande d'électricité sera multipliée par 130 000 GWh par an d'ici à 2040. Cela équivaut à la demande annuelle d'électricité de la Norvège ou de la Suède en 2021". Selon l'étude, avec le savoir-faire et la technologie de production actuels, il faut 20 à 40 kilowattheures d'énergie pour produire une cellule de batterie d'une capacité de stockage d'un kilowattheure, selon le type de batterie produit et sans même tenir compte du matériau.
Production future : les nouvelles technologies nécessitent moins d'énergie
Les résultats de l'étude de l'équipe de recherche prévoient que les améliorations technologiques dans la production, telles que l'utilisation de pompes à chaleur, de technologies de séchage alternatives, de nouveaux concepts de salles de séchage, etc., ainsi que l'apprentissage et les économies d'échelle, peuvent permettre d'économiser jusqu'à 66 % d'énergie d'ici à 2040. Ces économies potentielles sont équivalentes à la consommation d'électricité de la Belgique ou de la Finlande en 2021. De même, les résultats montrent que la production de technologies de batteries alternatives, telles que les batteries à l'état solide, nécessite beaucoup moins d'énergie par unité de capacité de stockage produite que la production des batteries lithium-ion actuelles.
Les batteries au lithium-ion sont actuellement la technologie de batterie dominante sur le marché en raison de leur densité énergétique élevée pour une plus grande autonomie et de longs cycles de charge de la batterie (1000 à 6000 cycles). Elles couvrent donc un large éventail d'applications dans les voitures électriques ou les camions, ainsi que dans les terminaux fixes et mobiles. "Outre d'excellentes performances et une recyclabilité maximale, l'efficacité énergétique et les coûts associés - à la fois pour l'assemblage et le fonctionnement des cellules de batterie - joueront un rôle de plus en plus important dans le choix de la technologie à l'avenir, en particulier pour les batteries au-delà de la technologie lithium-ion", déclare le professeur Martin Winter, directeur scientifique du centre de recherche sur les batteries MEET à l'université de Münster et directeur de l'Institut Helmholtz de Münster du Forschungszentrum Jülich.
Le Fraunhofer FFB se concentre sur la recherche de technologies de production nouvelles et innovantes. Sur la base de nombreuses données empiriques issues de la science et de la pratique, ainsi que d'enquêtes sur l'infrastructure de l'entreprise, des solutions sont développées pour optimiser durablement l'ensemble de la chaîne de valeur. Les solutions environnementales, par exemple, peuvent contribuer de manière décisive à la réduction des coûts énergétiques et d'exploitation. "Notre objectif est de rendre la production des batteries actuelles (LIB) plus durable et plus rentable et de permettre la production industrielle des futures cellules de batteries (PLIB)", souligne le Dr Florian Degen.
Nécessité d'une recherche et d'un développement intensifs
Les auteurs de l'étude tirent les conclusions suivantes : La production de cellules de batterie joue un rôle clé dans la transformation de la mobilité et donc dans la réalisation des objectifs nationaux de protection du climat. On peut supposer que la technologie lithium-ion continuera à dominer le marché des batteries dans un avenir prévisible. Afin de répondre aux énormes besoins en énergie des usines de fabrication de cellules de batteries, il est indispensable de poursuivre les efforts de recherche et de développement, en particulier pour les technologies de batteries alternatives, en Allemagne et en Europe. À l'avenir, cela pourrait permettre d'économiser 50 % ou plus des besoins énergétiques actuels.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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