S'il apparaît que, traiter les déchets " verts " soit beaucoup plus difficile que de traiter les déchets nucléaires !, il semble, toutefois, que ce soit beaucoup plus facile que de traiter les déchets fossiles !...
Il est à noter, cependant, que l' administration américaine, après avoir largement contribué financièrement au développement massif des EnR, n'hésite pas à ressortir le carnet de chèques pour mettre en place, à coups de milliards de dollars, la filière de recyclage des éoliennes et autres panneaux photovoltaïques. Nul doute que, si les gagnants du pactole du " loto " EnR entrevoient un avenir solaire, pas sûr, que le contribuable américain apprécie de devoir remettre la main à la poche ?
Bientôt idem en France ?
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Le recyclage des panneaux solaires et des éoliennes en fin de vie est en passe de devenir le grand marché des déchets de la technologie climatique
Points clés
- Alors que l'administration Biden encourage le développement de l'énergie éolienne et de l'énergie solaire, les industries des énergies renouvelables produiront bientôt des tonnes de déchets.
- Une éolienne est recyclable, depuis la tour en acier jusqu'aux pales en composite, qui mesurent généralement 170 pieds de long [~52 mètres], mais la plupart finissent par être jetées, un total de déchets qui atteindra une masse cumulée de 2,2 millions de tonnes métriques d'ici à 2050.
- Actuellement, environ 90 % des panneaux solaires en fin de vie ou défectueux finissent également dans des décharges, en grande partie parce qu'il est beaucoup moins coûteux de les mettre en décharge que de les recycler.
- " Nous avons fait un travail phénoménal pour rendre l'énergie solaire efficace et rentable, mais nous n'avons encore rien fait pour la rendre circulaire et gérer sa fin de vie ", déclare Suvi Sharma, PDG de Solarcycle.
Pablo Dias, directeur technique de Solarcycle, et Rob Vinje, directeur de l'exploitation, montrent aux investisseurs et aux partenaires un panneau solaire stratifié après qu'il a été séparé du verre. C'est dans le laminé que se trouve la majeure partie de la valeur d'un panneau, comme l'argent, le silicium et le cuivre. Solarcycle.
L'importance croissante de l'énergie éolienne et solaire dans le réseau électrique américain, ainsi que l'essor des véhicules électriques, sont autant d'éléments essentiels pour répondre au besoin croissant du pays de réduire sa dépendance à l'égard des combustibles fossiles, de diminuer les émissions de carbone et d'atténuer le changement climatique.
Mais en même temps, ces industries d'énergie renouvelable en plein essor vont bientôt générer des tonnes de déchets, car des millions de panneaux solaires photovoltaïques, PV, d'éoliennes et de batteries lithium-ion pour véhicules électriques arrivent à la fin de leur cycle de vie respectif.
Comme le dit le proverbe, les déchets des uns sont les trésors des autres. Anticipant l'amoncellement de composants d'énergie propre épuisés, — et désireuses d'éviter de manière proactive les péchés commis par le passé en ne nettoyant pas de manière responsable les mines de charbon, les puits de pétrole et les centrales électriques déclassés, — un certain nombre de startups innovantes s'efforcent de créer une économie circulaire durable et lucrative pour récupérer, recycler et réutiliser les composants de base de l'innovation technologique en matière de climat.
Selon l'Administration américaine d'information sur l'énergie, AIE, l'énergie éolienne et l'énergie solaire ont généré ensemble I3,6 % de l'électricité produite par les services publics l'année dernière, et ces chiffres augmenteront sans aucun doute à mesure que les énergies renouvelables continueront à se développer. Certaines grandes entreprises de services publics du pays ont déjà pris beaucoup d'avance sur ce rythme.
Entre-temps, les ventes de véhicules tout électriques ont atteint 5,8 % du total des I3,8 millions de véhicules achetés par les Américains en 2022, contre 3,2 % en 202I. Et avec les nouvelles limites d'émissions de gaz d'échappement proposées par l'Agence de protection de l'environnement et les règles applicables aux centrales électriques, les ventes de VE pourraient atteindre une part de marché de 67 % d'ici à 2032 et davantage de services publics seraient contraints d'accélérer leur transition vers la production d'électricité.
Solarcycle est un excellent exemple des entreprises qui cherchent à résoudre ce problème de déchets de la technologie climatique de l'avenir. Lancée l'année dernière à Oakland, en Californie, elle a depuis construit une installation de recyclage à Odessa, au Texas, où elle extrait 95 % des matériaux des panneaux solaires en fin de vie et les réintroduit dans la chaîne d'approvisionnement. Elle vend l'argent et le cuivre récupérés sur les marchés des matières premières, ainsi que le verre, le silicium et l'aluminium aux fabricants de panneaux et aux exploitants de fermes solaires.
" Le solaire est en train de devenir la forme dominante de production d'électricité ", a déclaré Suvi Sharma, PDG de Solarcycle, citant un rapport de l'AIE, selon lequel 54 % des nouvelles capacités de production d'électricité à l'échelle de l'entreprise aux États-Unis cette année proviendront de l'énergie solaire. " Mais cela s'accompagne d'une nouvelle série de défis et d'opportunités. Nous avons fait un travail phénoménal pour rendre l'énergie solaire efficace et rentable, mais nous n'avons encore rien fait pour la rendre circulaire et gérer la fin de vie des panneaux. "
Éliminer les panneaux solaires des décharges
La durée de vie moyenne d'un panneau solaire est d'environ 25 à 30 ans, et plus de 500 millions de panneaux sont déjà installés dans tout le pays, selon M. Sharma, qu'il s'agisse d'une douzaine de panneaux sur le toit d'une maison ou de milliers de panneaux dans une ferme solaire commerciale. La capacité solaire augmentant en moyenne de 2I %/an, des dizaines de millions de panneaux supplémentaires seront installés, — et démontés. Entre 2030 et 2060, environ 9,8 millions de tonnes métriques de déchets de panneaux solaires devraient s'accumuler, selon une étude de 20I9, publiée dans Renewable Energy.
Actuellement, environ 90 % des panneaux solaires en fin de vie ou défectueux finissent dans des décharges, en grande partie parce qu'il est beaucoup moins coûteux de les mettre en décharge que de les recycler. " Nous pensons que cet écart se réduira considérablement au cours des cinq à dix prochaines années ", a déclaré M. Sharma, " grâce à la combinaison d'un recyclage de plus en plus rentable et de coûts de mise en décharge qui ne font qu'augmenter "
En effet, le marché des matériaux recyclés pour panneaux solaires devrait connaître une croissance exponentielle au cours des prochaines années. Un rapport du cabinet d'études Rystad Energy indique qu'il vaudra plus de 2,7 milliards de dollars en 2030, contre seulement I70 millions de dollars l'année dernière, et qu'il atteindra 80 milliards de dollars d'ici à 2050. Le National Renewable Laboratory, NREL, du ministère de l'énergie a constaté qu'avec un soutien modeste du gouvernement, les matériaux recyclés peuvent répondre à 30 à 50 % des besoins de fabrication de panneaux solaires aux États-Unis d'ici à 2040.
La loi bipartisane sur les infrastructures et la loi sur la réduction de l'inflation, IRA, prévoient toutes deux des crédits d'impôt et des financements pour la fabrication nationale de panneaux solaires et de composants, ainsi que pour la recherche sur les nouvelles technologies solaires. Ces dispositions visent à réduire la position dominante de la Chine dans la chaîne d'approvisionnement mondiale en panneaux solaires, qui dépasse aujourd'hui 80 %, selon un rapport récent de l'Agence internationale de l'énergie.
L'un des bénéficiaires de ce financement fédéral est First Solar, le plus grand fabricant de panneaux solaires des États-Unis. Fondée en I999 à Tempe, en Arizona, l'entreprise possède des installations de production dans l'Ohio et une autre en construction dans l'Alabama. Elle a reçu 7,3 millions de dollars de fonds de recherche pour développer un nouveau panneau pour toiture résidentielle plus efficace que les modules actuels en silicium ou à couche mince.
First Solar a mis en place un programme de recyclage interne depuis 2005, selon un courriel de Pat Buehler, responsable en chef des produits. " Nous avons reconnu que l'intégration de la circularité dans nos opérations était nécessaire pour développer l'entreprise de manière durable ", écrit-il. Mais plutôt que d'extraire les métaux et le verre des panneaux mis hors service et de fabriquer des déchets, " notre processus de recyclage permet de récupérer les semi-conducteurs en circuit fermé pour les utiliser dans de nouveaux modules ", a-t-il ajouté.
Les éoliennes massives et leurs pales sont presque toutes recyclables
Les éoliennes hors d'usage représentent un autre défi en matière de recyclage, ainsi que des opportunités commerciales. L'industrie américaine de l'énergie éolienne a commencé à ériger des turbines au début des années I980 et n'a cessé de croître depuis. L' American Clean Power Association estime qu'il y a aujourd'hui près de 72 000 turbines installées à l'échelle nationale,— toutes sauf sept sur terre,— qui produisent I0,2 % de l'électricité du pays.
Bien que l'industrie ait marqué le pas au cours des deux dernières années, en raison de problèmes dans la chaîne d'approvisionnement, de l'inflation et de l'augmentation des coûts, les fabricants de turbines et les promoteurs d'usines éoliennes sont optimistes et pensent que le vent a tourné, notamment en raison des subventions et des crédits d'impôt accordés aux projets d'énergie verte par l'IRA et de la promesse de l'administration Biden de relancer le secteur naissant de l'énergie éolienne en mer.
La durée de vie d'une éolienne est d'environ 20 ans, et la plupart des éoliennes déclassées ont rejoint les panneaux solaires dans les décharges. Toutefois, pratiquement tous les éléments d'une éolienne sont recyclables, depuis la tour en acier jusqu'aux pales en composite, qui mesurent généralement I70 pieds de long, bien que les modèles les plus récents dépassent les 350 pieds.[~I07 mètres]
Entre 3 000 et 9 000 pales seront retirées chaque année au cours des cinq prochaines années aux États-Unis, puis leur nombre augmentera pour atteindre entre I0 000 et 20 000 jusqu'en 2040, selon une étude réalisée en 202I par le NREL. D'ici 2050, 235 000 pales seront mises hors service, ce qui représente une masse cumulée de 2,2 millions de tonnes, soit plus de 60 627 semi-remorques à pleine charge.
Fonctionnement de l'économie circulaire des énergies renouvelables
Les acteurs de l'économie circulaire sont déterminés à ne pas laisser tous ces déchets se perdre.
L'entreprise Carbon Rivers, basée à Knoxville et fondée en 20I9, a mis au point une technologie permettant de déchiqueter non seulement les pales de turbines, mais aussi les matériaux composites mis au rebut dans les secteurs de l'automobile, de la construction et de la marine, et de les convertir, grâce à un processus de pyrolyse, en fibres de verre récupérées. " Cela peut être utilisé pour la fabrication de la prochaine génération de pales de turbine, de navires, de béton composite et de pièces automobiles ", a déclaré David Morgan, directeur de la stratégie, ajoutant que le processus permet également de récolter de l'huile renouvelable et du gaz synthétique pour les réutiliser.
Si le traitement des matériaux déchiquetés est relativement simple, le transport des pales de turbines massives et d'autres matériaux composites sur de longues distances par rail et par camion est plus compliqué. " La logistique est de loin la partie la plus coûteuse de tout ce processus ", a déclaré M. Morgan.
Outre les installations existantes au Tennessee et au Texas, Carbon Rivers prévoit de construire des sites en Floride, en Pennsylvanie et dans l'Idaho au cours des trois prochaines années, stratégiquement situés à proximité d'usines éoliennes et d'autres sources de matières premières. " Nous voulons construire cinq autres sites au Royaume-Uni et en Europe, puis nous attaquer aux marchés sud-américain et asiatique ", a-t-il déclaré.
Dans l'esprit de la durabilité de l'entreprise, qui ne souhaite pas que ses pales s'empilent dans les décharges, les fabricants d'éoliennes eux-mêmes passent des contrats avec des partenaires de recyclage. En décembre 2020, l'unité Renewable Energy de General Electric a signé un accord pluriannuel avec Veolia North America, basée à Boston, pour recycler les pales désaffectées des éoliennes terrestres de GE aux États-Unis.
Veolia North America a ouvert une usine de recyclage dans le Missouri en 2020, où elle a traité environ 2 600 pales à ce jour, selon Julie Angulo, vice-présidente senior, technique et performance. " Nous voyons la première vague de lames âgées de I0 à I2 ans, mais nous savons que ce nombre va augmenter d'année en année ", a-t-elle déclaré.
Grâce à un processus connu sous le nom de co-traitement des fours, Veolia reconstitue les lames déchiquetées et d'autres matériaux composites en un combustible qu'elle vend ensuite aux cimentiers en remplacement du charbon, du sable et de l'argile. Ce procédé permet de réduire les émissions de dioxyde de carbone de 27 % et la consommation d'eau de I3 % dans la production de ciment.
" Les cimentiers veulent abandonner le charbon pour des raisons d'émissions de carbone ", a déclaré M. Angulo. " Il s'agit d'un bon substitut, et ce sont donc de bons partenaires pour nous. "
Les concurrents de GE dans le domaine des éoliennes imaginent des moyens de rendre la prochaine génération de pales intrinsèquement plus recyclable. Siemens Gamesa Renewable Energy a commencé à produire des pales entièrement recyclables pour ses éoliennes terrestres et offshore et a déclaré qu'elle prévoyait de rendre toutes ses éoliennes entièrement recyclables d'ici 2040. Vestas Wind Systems s'est engagée à produire des éoliennes sans déchets d'ici à 2040, bien qu'elle n'ait pas encore introduit une telle version. En février, Vestas a présenté une nouvelle solution qui permet de décomposer et de recycler les pales d'éoliennes à base d'époxy.
Déchets de batteries lithium-ion pour véhicules électriques
Les batteries lithium-ion sont utilisées depuis le début des années I990, d'abord pour alimenter les ordinateurs portables, les téléphones cellulaires et d'autres appareils électroniques grand public, puis, depuis quelques décennies, pour les véhicules électriques et les systèmes de stockage d'énergie. Le recyclage de leurs précieux composants, — lithium, cobalt, nickel, cuivre,— est axé sur les VE, d'autant plus que les constructeurs automobiles augmentent leur production, notamment en construisant des gigafactéries de batteries. Mais les batteries des véhicules électriques actuels ont une durée de vie de I0 à 20 ans, ou de I00 000 à 200 000 kilomètres, de sorte que pour l'instant, les recycleurs traitent principalement les déchets des fabricants de batteries.
La société Li-Cycle, basée à Toronto et lancée en 20I6, a mis au point une technologie en deux étapes qui décompose les batteries et les déchets en matériaux inertes, puis les broie au moyen d'un processus d'hydrométallurgie pour produire des minéraux qui sont revendus dans la chaîne d'approvisionnement générale de l'industrie manufacturière. Pour éviter les coûts de transport élevés liés à l'acheminement des matières premières depuis différents sites, Li-Cycle a réparti géographiquement quatre installations, — en Alabama, en Arizona, dans l'État de New York et dans l'Ontario, — où les batteries sont déconstruites. Elle est en train de construire une énorme installation à Rochester, dans l'État de New York, où les matériaux seront traités.
" Nous sommes en bonne voie pour mettre en service l'installation de Rochester à la fin de l'année ", a déclaré Ajay Kochhar, cofondateur et PDG de Li-Cycle. La construction a été financée par un prêt de 375 dollars du ministère de l'énergie, a-t-il précisé, ajoutant que depuis que la société est entrée en bourse, elle a également levé environ un milliard de dollars dans le cadre d'opérations privées.
Une approche différente du recyclage des batteries est en cours chez Redwood Materials, fondée en 20I7 à l'extérieur de Reno, Nevada, par JB Straubel, ancien directeur de la technologie et cofondateur de Tesla. Redwood utilise également l'hydrométallurgie pour décomposer les batteries et les déchets, mais produit des feuilles de cuivre anodiques et des matériaux cathodiques actifs pour la fabrication de nouvelles batteries de véhicules électriques. La matière première n'étant pas encore suffisamment abondante, le nickel et le lithium contenus dans ses produits cathodiques ne proviendront qu'à 30 % environ de sources recyclées, le reste provenant de métaux nouvellement extraits.
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" Nous visons à produire I00 GWh/an de matériaux cathodiques et de feuilles anodiques pour un million de véhicules électriques d'ici 2025 ", a déclaré M. Redwood dans un communiqué envoyé par courriel. " D'ici 2030, notre objectif est de passer à 500 GWh/an de matériaux, ce qui permettrait de produire suffisamment de batteries pour alimenter cinq millions de véhicules électriques. "
Outre son usine du Nevada, Redwood a entamé la construction d'une deuxième usine à Charleston, en Caroline du Sud. La société privée a déclaré avoir levé plus d'un milliard de dollars et, en février, elle a reçu un engagement conditionnel du ministère de l'énergie pour un prêt de 2 milliards de dollars, dans le cadre de l'IRA. L'année dernière, Redwood a conclu un accord de plusieurs milliards de dollars avec Panasonic, le fournisseur de batteries de Tesla, et a également conclu des partenariats avec Volkswagen Group of America, Toyota, Ford et Volvo.
Ascend Elements, dont le siège se trouve à Westborough, dans le Massachusetts, utilise la technologie de l'hydrométallurgie pour extraire la matière active des cathodes, principalement à partir de déchets de fabrication de batteries, mais aussi de batteries lithium-ion usagées. Son installation de traitement est stratégiquement située à Covington, en Géorgie, un État qui a attiré des fabricants de batteries pour véhicules électriques, notamment SK Group, à Commerce, ainsi que le fabricant de véhicules électriques Rivian, près de Rutledge, et Hyundai, qui construit une usine de fabrication de véhicules électriques près de Savannah.
En octobre dernier, Ascend a entamé la construction d'une deuxième installation de recyclage, à Hopkinsville, dans le Kentucky, grâce à des fonds fédéraux destinés à des projets d'énergie verte. " Nous avons reçu deux subventions du ministère de l'énergie dans le cadre de la loi bipartisane sur les infrastructures, pour un montant total d'environ 480 millions de dollars ", a déclaré Mike O'Kronley, PDG d' Ascend. Ces investissements fédéraux, a-t-il ajouté, " encouragent les infrastructures qui doivent être construites aux États-Unis, car environ 96 % de tous les matériaux cathodiques sont fabriqués en Asie de l'Est, en particulier en Chine ".
Alors que le pays continue de mettre en place une chaîne d'approvisionnement en énergies renouvelables de plusieurs milliards de dollars autour du solaire, de l'éolien et des VE, il est essentiel d'établir simultanément une économie circulaire pour récupérer, recycler et réutiliser les composants en fin de vie de ces industries, dans le cadre de l'objectif global de lutte contre le changement climatique.
" Il est important de garder à l'esprit le contexte de ces technologies émergentes et de comprendre leur cycle de vie complet ", a déclaré Garvin Heath, analyste principal de la durabilité énergétique au NREL. " L'économie circulaire offre à ces industries de nombreuses possibilités d'être aussi durables et respectueuses de l'environnement que possible à un stade relativement précoce de leur croissance. "
Correction : Ajay Kochhar est cofondateur et PDG de Li-Cycle. Une version antérieure de cet article a mal orthographié son nom.
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