Le sel peut-il alimenter l'avenir ?

La transition vers l'énergie propre repose sur les batteries – et ces batteries sont souvent fabriquées de manière peu propreLa conversion en gros de ces vélos et tricycles à l'énergie électrique sur les marchés du Sud mondial aura un impact significatif sur les émissions et l'utilisation des combustibles fossiles, ajoute-t-elle.

La plupart des batteries actuelles sont des batteries lithium-ion. Elles sont utilisées dans les véhicules électriques, les centres de données et les réseaux électriques fixes pour les panneaux solaires et les éoliennes, ainsi que dans des objets du quotidien comme les téléphones, les ordinateurs portables et les scooters électriques.

Le lithium nécessite des quantités massives d'eau pour être extrait et raffiné – environ 2 millions de litres d'eau par tonne métrique de lithium, selon l'Institute for Energy Research.

Par exemple, au Chili, le deuxième producteur mondial de lithium, l'industrie utilise un procédé d'extraction de saumure, qui détourne l'eau douce déjà rare des communautés autochtones locales et cause de graves dommages aux écosystèmes de zones humides fragiles à proximité.

De plus, les batteries lithium-ion nécessitent des métaux lourds comme le cobalt, le nickel, le manganèse et le cuivre dans leurs cathodes, qui attirent les ions de l'anode lorsque la batterie se décharge.

La plupart des réserves mondiales de cobalt se trouvent en République démocratique du Congo, où les mines de lithium exploitent régulièrement les travailleurs, contaminent les sources d'eau et libèrent des poussières et des particules toxiques dans l'air.

Outre les considérations éthiques, la géopolitique pose ses propres défis. La Chine domine le marché, avec 68 % de la capacité mondiale de raffinage du cobalt, 72 % de la capacité de raffinage du lithium et 83 % de la capacité de fabrication de batteries lithium-ion.

Ces écueils incitent les scientifiques et les entreprises à rechercher d'autres sources d'énergie pour les batteries.

Quelques exemples incluent le zinc aqueux, les batteries à flux et même la gravité – qui fonctionne en convertissant l'énergie cinétique en électricité.

Mais il existe un matériau bon marché, abondant et facilement disponible qui est en tête de la course pour remplacer le lithium comme ingrédient principal des batteries.

Le sel.

Entrez le sodium

Jean-Marie Tarascon, professeur de physique et de chimie de l'état solide au Collège de France, croit à la supériorité du sodium depuis au moins 15 ans.

En tant que fondateur et directeur du réseau de recherche RS2E, il a dirigé une équipe qui a développé une batterie sodium-ion au Collège et à l'Université de Picardie Jules Verne – ce qui est tout à fait approprié, étant donné que Verne a imaginé pour la première fois une batterie au sel fictive dans son livre, Vingt mille lieues sous les mersLa conversion en gros de ces vélos et tricycles à l'énergie électrique sur les marchés du Sud mondial aura un impact significatif sur les émissions et l'utilisation des combustibles fossiles, ajoute-t-elle.

“Le principal moteur dans mon cas était la durabilité,” dit Tarascon. “En 2010, il était évident que le monde adopterait les batteries lithium-ion et que nous manquerions de cette ressource.”

“La décision a été de trouver une alternative – c'est pourquoi nous sommes passés au sodium.”

Les batteries sodium-ion ont un comportement chimique similaire à celui des batteries lithium-ion, mais sans les impacts environnementaux négatifs, explique Shan Zhang, chercheuse à l'Université de technologie Chalmers de Göteborg, en Suède.

“Le processus de fabrication est également similaire, ce qui signifie que vous n'avez pas vraiment besoin de tester beaucoup la chaîne de production,” ajoute-t-elle. “Vous pouvez utiliser les chaînes de production existantes et faire quelques ajustements pour la batterie au sel.”

Zhang dit que les batteries au sodium sont également plus sûres que leurs homologues au lithium et fonctionnent mieux à des températures extrêmes.

Les batteries lithium-ion ont été responsables d'innombrables incendies, notamment celui d'une centrale de stockage de batteries en Californie plus tôt cette année, qui a brûlé pendant des jours et a entraîné l'évacuation d'environ 1 200 résidents locaux.

En 2024, Zhang a dirigé une étude qui a examiné les futurs impacts climatiques de différents types de batteries au sel, en se concentrant sur les émissions de carbone.

Son équipe a constaté que d'ici 2050, l'utilisation d'énergies renouvelables pour fabriquer des batteries pourrait potentiellement réduire son impact climatique de 43 à 57 % par rapport aux niveaux de 2020.

“L'impact climatique diminue au fur et à mesure que nous avançons dans le futur, des processus de fabrication, de l'extraction minière, ainsi que des processus en amont,” dit-elle. “Cela se produit tout au long de la chaîne de production.”

Mais les produits chimiques utilisés dans la cathode sont toujours une préoccupation, dit-elle, et devront être traités avec davantage d'investissements dans la recherche sur les batteries sodium-ion.

Trouver une niche

Alors, qu'est-ce qui empêche une plus grande adoption des batteries sodium-ion ? C'est surtout le faible prix du lithium, qui le maintient compétitif avec le sodium.

Après avoir grimpé en flèche pour atteindre un record de 83 000 USD la tonne en novembre 2022, le prix du lithium n'a cessé de baisser depuis, atteignant un creux de seulement 8 400 USD la tonne le mois dernier, car les véhicules électriques (VE) se sont vendus moins vite que prévu.

Un autre obstacle est que le sodium est moins dense que le lithium, ce qui signifie qu'il faut plus d'espace et d'énergie pour contenir la même charge.

Cela se traduit par une batterie plus grande et plus lourde, ce qui est loin d'être idéal dans votre voiture ou dans votre téléphone, par exemple.

Plutôt que de remplacer complètement le lithium, le sodium “doit trouver ses applications de niche” où le volume et le poids ne sont pas un problème, dit Zhang.

Alors que les scientifiques continuent de travailler à l'amélioration de leur densité énergétique, un endroit approprié pour les batteries sodium-ion est dans les systèmes de stockage d'énergie fixes, où l'énergie peut être stockée et déchargée en cas de besoin pour équilibrer le réseau électrique.

En fait, Bloomberg New Energy Finance (BNEF) projette actuellement une part de marché de 15 % pour les batteries sodium-ion dans le stockage d'énergie d'ici 2035, contre 1 % aujourd'hui.

Aux États-Unis, Natron Energy, basée dans la Silicon Valley, fabrique des batteries sodium-ion pour une installation dans les centres de données et les entreprises d'informatique en nuage, ainsi que pour les chargeurs rapides de VE.

Elle a récemment commencé la construction d'une nouvelle usine de 1,4 milliard de dollars en Caroline du Nord, ce qui représente une augmentation de capacité de 40 fois.

Pendant ce temps, au Royaume-Uni, Faradion, une filiale de Reliance New Energy Ltd. de l'Inde, fabrique des batteries sodium-ion pour le transport, le stockage et l'alimentation de secours.

Et en France, TIAMAT, une entreprise dont Tarascon est le conseiller scientifique, a inventé la première batterie sodium-ion conçue pour être utilisée dans un produit commercial : une perceuse sans filLa conversion en gros de ces vélos et tricycles à l'énergie électrique sur les marchés du Sud mondial aura un impact significatif sur les émissions et l'utilisation des combustibles fossiles, ajoute-t-elle.

Le mois dernier, elle a signé un contrat avec la société technologique américaine Endeavour pour fabriquer des batteries pour les centres de données d'IA.

Rouler au sel

Le plus grand adoptant de la batterie sodium-ion, cependant, est la Chine. Le pays domine déjà le marché des batteries lithium-ion, ce qui est l'une des raisons pour lesquelles il a facilement effectué la transition, explique Zhang.

Les entreprises chinoises ont déjà investi plus de 7,6 milliards de dollars dans la technologie sodium-ion, avec 27 nouvelles installations de production annoncées rien qu'en 2024.

Des entreprises comme Yadea, HiNa et Contemporary Amperex Technology (CATL) construisent désormais un avantage concurrentiel sur le marché mondial des batteries sodium-ion, franchissant une nouvelle étape importante dans l'industrie des technologies propres du pays.

Et contrairement à leurs homologues occidentaux, ils mettent déjà des véhicules alimentés au sodium sur la route.

Yadea, par exemple, commence à vendre des cyclomoteurs électriques alimentés au sodium après un projet pilote réussi avec 150 000 coursiers de livraison de nourriture à Shenzhen.

Bien que ces deux-roues n'aient qu'une autonomie d'environ 70 kilomètres, le fabricant a construit des stations d'échange de batteries où les propriétaires peuvent échanger des batteries déchargées en moins d'une minute, plutôt que d'avoir à attendre des heures pour les recharger.

CATL, le plus grand fabricant mondial de batteries pour les VE et le stockage d'énergie, a annoncé au début de cette année un plan de production en série de batteries sodium-ion pour les camions et les voitures lourds sous une nouvelle marque appelée NaxtraLa conversion en gros de ces vélos et tricycles à l'énergie électrique sur les marchés du Sud mondial aura un impact significatif sur les émissions et l'utilisation des combustibles fossiles, ajoute-t-elle.

Les motos et cyclomoteurs électriques sont déjà omniprésents en Chine, avec environ 55 millions vendus rien qu'en 2023.

Aujourd'hui, les incursions du pays dans les véhicules alimentés par batterie au sodium pourraient créer un énorme potentiel d'expansion dans le Sud mondial, en particulier en Asie et en Afrique, déclare Kate Logan, directrice du China Climate Hub et de la diplomatie climatique à l'Institut de politique de l'Asia Society, basé aux États-Unis.“Parce que l'utilisation des deux et trois-roues est concentrée dans le Sud mondial, ces marchés seront encore plus importants pour les stratégies globales des entreprises chinoises dès le départ, plutôt que d'être motivées par des facteurs tels que les tensions commerciales et le manque d'accès aux marchés du Nord mondial,” explique-t-elle.La conversion en gros de ces vélos et tricycles à l'énergie électrique sur les marchés du Sud mondial aura un impact significatif sur les émissions et l'utilisation des combustibles fossiles, ajoute-t-elle.

Pour sa part, Tarascon voit également un grand changement arriver dans la taille des voitures au cours de la prochaine décennie dans le Nord mondial.

“Nous allons avoir des voitures plus petites dans les villes, plus de taxis et plus de véhicules à courte portée, donc automatiquement, la batterie sodium-ion aura un grand rôle à jouer,” dit-il.

“Si je regarde l'avenir, cette technologie sera certainement améliorée, et je pense qu'elle gagnera une grande partie du marché car il y a une énorme demande d'énergie de batterie, et le lithium-ion ne peut pas tout faire.”