Lithium, silicium et cuivre : un trio stratégique pour une énergie propre

ESPAGNE - Les minéraux dits critiques ou stratégiques sont des éléments chimiques présents dans la nature qui font l'objet d'une forte demande, mais dont l'offre est rare, en raison du fait que la quantité disponible dans la croûte géologique de la planète est très limitée ou à des problèmes liés aux différentes géopolitiques des pays ou aux blocus commerciaux.

Le lithium, le silicium et le cuivre sont trois minéraux essentiels à la transition des méthodes actuelles de production, de distribution et de consommation d’énergie basées sur les combustibles fossiles (gaz, pétrole et charbon) vers d’autres modèles basés sur l’électricité produite à partir de sources d’énergie renouvelables et moins polluantes (hydrogène, vent, soleil et chaleur terrestre).

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Le Groupe d’experts des Nations Unies (ONU) sur les minéraux essentiels pour la transition énergétique prévient qu’« un monde alimenté par les énergies renouvelables sera privé de minéraux essentiels, la demande pour ces derniers devant presque tripler d’ici 2030, à mesure que nous passons des combustibles fossiles aux énergies renouvelables pour réduire les émissions de dioxyde de carbone. »

LES TROIS SUPPORTS DE LA DURABILITÉ ÉNERGÉTIQUE

La question concernant le lithium, le silicium et le cuivre est de savoir s'il existe une capacité d'extraction et de traitement suffisante pour ces minéraux pour répondre à la demande mondiale croissante en énergie renouvelable, selon Manuel Moral, professeur de programmes de master en énergies renouvelables et en transition énergétique renouvelable à l'Université européenne (UE), une institution privée basée à Madrid, en Espagne.

« Plutôt qu'une question de production actuelle, il faut analyser les prévisions de capacité à répondre à la consommation future, en tenant compte des gisements dont nous savons qu'ils sont économiquement viables », note le professeur de l'UE .

« Les minéraux critiques représentent l’un des principaux piliers de la transition énergétique, mais nous devons veiller à ce que leur extraction ne crée pas de nouveaux problèmes environnementaux ou géopolitiques », prévient l’expert.

Pour Moral, il est également important de garder à l’esprit que les ressources disponibles sont inégalement réparties et que des politiques géostratégiques à très long terme entrent en jeu lorsqu’il s’agit d’y accéder.

« Certaines nations ont passé des décennies à se positionner dans des pays disposant de minéraux critiques à des prix compétitifs, tandis que d'autres doivent développer des alliances et se positionner sur des marchés stratégiques pour accéder à ces matières premières », selon Moral.

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Il souligne que « les technologies de production d'énergie renouvelable reposent sur la fourniture d'énergie sous forme d'électricité, ce qui nécessite d'énormes quantités de cuivre (production et transmission d'électricité), de silicium (production photovoltaïque) et de lithium (stockage) ».

Ainsi, selon certains experts, « nous risquons de passer d'une économie basée sur une ressource finie – le système énergétique actuel basé sur les combustibles fossiles, comme le pétrole et le charbon – à une autre économie dans laquelle l'énergie n'a peut-être pas de telles limitations, mais qui, encore une fois, nécessite des matériaux finis et a des coûts environnementaux », réfléchit-il.

De plus, « d'un point de vue social, les sites d'extraction, même s'ils peuvent être des pôles d'emploi, suscitent une crainte de pollution environnementale qui pourrait à terme faire fuir le tourisme ou le secteur agricole », souligne-t-il.

Actuellement, on étudie divers procédés alternatifs pour l'extraction minière et la récupération et le recyclage de ces trois minéraux, ainsi que d'autres systèmes, matériaux ou améliorations pour générer, transporter et stocker l'électricité avec un impact environnemental moindre, mais ils ne sont pas encore économiquement compétitifs ni industriellement viables, explique-t-il.

Le professeur explique ensuite l’utilisation de ces trois éléments, leur procédé d’extraction, leur impact environnemental et comment il pourrait être réduit.

LE LITHIUM : ESSENTIEL POUR LES BATTERIES

Utilisation technologique. « Cet élément chimique métallique est à la base des batteries lithium-ion utilisées dans les véhicules électriques. Sans lui, la mobilité dont la planète a besoin serait gravement compromise », explique le professeur Manuel Moral.

Procédé d'extraction. Sa forme d'extraction la plus courante est l'exploitation minière à ciel ouvert (opérations minières réalisées à la surface de la terre, par des moyens mécaniques, chimiques ou explosifs, pour extraire le sol qui recouvre ou entoure la formation géologique constituant le gisement minéral).

Impact environnemental. « Le processus d'extraction présente des enjeux environnementaux locaux, tels que l'impact visuel ou la perturbation du paysage et du territoire, et des enjeux plus vastes, tels que la contamination potentielle des aquifères ou l'impact sur l'avifaune », souligne-t-il.

Alternatives à l'extraction actuelle. « Pour résoudre les problèmes liés à la dépendance au lithium, nous étudions des systèmes de stockage électrique basés sur d'autres matériaux plus faciles à extraire, à moindre impact environnemental et/ou à moindre coût, comme les batteries au sodium, et utilisant d'autres vecteurs énergétiques, comme le stockage d'énergie sous forme d'hydrogène », explique Moral à EFE.

Des systèmes d'extraction directe de saumure, d'extraction sélective de saumure, d'extraction géothermique de saumure et d'extraction d'eau de mer et d'argile sont également à l'étude, ainsi que la récupération du lithium à partir de cellules de batterie ayant atteint leur durée de vie utile, explique-t-il.

SILICIUM : LA CLÉ DES PANNEAUX SOLAIRES

Utilisation technologique. « Cet élément chimique métalloïde constitue le matériau de base de la plupart des panneaux solaires photovoltaïques, ce qui en fait le protagoniste d'une technologie qui domine déjà la production d'énergie renouvelable à l'échelle mondiale », selon Moral.

Processus d'extraction. « La première étape de l'obtention et de la purification du silicium consiste à extraire et à extraire du quartzite, un composé qui contient ce minéral essentiel. Le quartzite est ensuite fondu à des températures extrêmement élevées pour obtenir du silicium de qualité métallurgique par un procédé chimique », explique-t-il.

Ce silicium de qualité métallurgique subit ensuite diverses purifications et traitements pour obtenir des formes du minéral qui permettent une plus grande efficacité dans le processus photovoltaïque (utilisé par les panneaux solaires), note-t-il.

Impact environnemental. « La principale difficulté réside dans la consommation énergétique importante des processus d'extraction du silicium des minéraux qui le composent, ainsi que de sa purification et de la fabrication des plaquettes de silicium utilisées dans les cellules photovoltaïques », explique le professeur Manuel Moral.

Alternatives à l'extraction actuelle. Le professeur Moral explique que « des technologies sont en cours de développement pour accroître le rendement des cellules photovoltaïques » et que « par exemple, si ce rendement pouvait être doublé, la consommation d'énergie nécessaire à la fabrication d'un nombre donné de cellules photovoltaïques pourrait être divisée par deux ».

CUIVRE : RÉSEAUX ÉLECTRIQUES EFFICACES

Utilisation technologique. « Grâce à son excellente conductivité, ce métal est essentiel pour obtenir des réseaux électriques plus performants », note le professeur de l'UE.

Procédé d'extraction. L'extraction du cuivre consiste à extraire ce métal des minéraux présents dans la croûte terrestre selon deux méthodes principales : l'exploitation à ciel ouvert ou l'exploitation souterraine, selon l'emplacement et la concentration du gisement, explique-t-il.

Le minéral dont sera extrait le cuivre est ensuite soumis à divers procédés jusqu’à l’obtention des lingots de cuivre.

Impact environnemental. « Les impacts de l'extraction du cuivre sont inhérents aux procédés utilisés pour l'extraire de la Terre, que ce soit par mines à ciel ouvert ou souterraines, allant des impacts visuels sur le milieu naturel aux impacts potentiels sur le milieu aquatique, les aquifères et les risques de déversements chimiques, entre autres », explique-t-il.

Alternatives à l'exploitation minière actuelle. « Certaines améliorations aux systèmes actuels sont à l'étude, notamment des mesures visant à réduire la consommation d'énergie par tonne extraite ou à éviter les émissions de CO2, ainsi que la restauration environnementale des sites d'extraction minière une fois le gisement épuisé, en restaurant l'habitat naturel à son état d'avant l'exploitation », note-t-il.

« Sont également étudiées la « réduction de l'utilisation de certains composés chimiques nocifs pour l'environnement utilisés lors de l'extraction, de la sélection, de la purification et du raffinage du cuivre, et l'augmentation du recyclage de ce métal pour réduire le besoin d'exploitation minière extractive », conclut le professeur Manuel Moral.

POINTS FORTS :

- Le trio lithium, silicium et cuivre est considéré comme essentiel ou stratégique pour la transition vers des sources d'énergie plus propres et renouvelables, car il est essentiel à la fabrication de véhicules électriques, d'éoliennes, de panneaux solaires et de batteries pour stocker l'électricité, selon les Nations Unies.

- Le rôle de ces minéraux stratégiques est clé dans la transition vers une énergie plus propre, mais la croissance exponentielle de leur demande, ainsi que leur disponibilité et les risques environnementaux et sociaux associés à leur extraction, soulèvent des doutes sur cette solution, selon l'Université européenne (UE).

« Le lithium est la base des batteries utilisées dans les véhicules électriques ; le silicium est le matériau de base de la plupart des panneaux solaires photovoltaïques ; et le cuivre est essentiel pour obtenir des réseaux électriques plus efficaces », selon Manuel Moral, professeur du programme de master Transition énergétique de l'UE.

Par Ricardo Segura EFE-Reports.