Le graphite est essentiel à la fabrication des batteries lithium-ion qui alimentent tout, des voitures électriques aux smartphones. Alors que la Chine est le premier producteur et exportateur mondial de carbone cristallin, des efforts ont été déployés pour développer une chaîne d'approvisionnement américaine.
La startup Molten Industries, basée à Oakland, s'efforce de le construire en s'appuyant sur quelque chose de bon marché et abondant aux États-Unis : le gaz naturel. L’entreprise a développé une technique spécialisée pour transformer le méthane en graphite et en hydrogène, ce dernier pouvant être utilisé comme source d’énergie propre. Cet effort est financé en partie par un cycle de financement de série A de 25 millions de dollars mené par Breakthrough Energy Ventures (BEV) de Bill Gates.
« Cela se situe à l'intersection de deux domaines thématiques de technologie climatique vraiment importants pour nous chez Breakthrough : rendre les batteries évolutives et plus rentables pour stimuler les ventes de véhicules électriques et, de l'autre côté, l'hydrogène propre à faible coût », a déclaré la direction de BEV. réalisateur David Danielson.
Les grands constructeurs automobiles ont soif de graphite domestique fiable et peu coûteux en raison de problèmes de chaîne d'approvisionnement internationale, a-t-il ajouté. Le graphite est généralement extrait ou fabriqué synthétiquement à partir de combustibles fossiles, et la Chine contrôle environ les trois quarts de la chaîne d'approvisionnement mondiale des anodes en graphite, selon les données de la société d'intelligence minérale Benchmark.
Les coûts de transport plus élevés, comme ceux enregistrés pendant la pandémie, et les restrictions temporaires à l'exportation imposées par la Chine ont suscité des inquiétudes aux États-Unis et ailleurs quant au risque de dépendre largement d'une seule source de matières précieuses. Stimuler la production nationale est une priorité clé de l’administration Biden, qui a invoqué en 2022 la loi sur la production de défense pour financer l’industrie.
Pour créer du graphite, Molten s'appuie sur la pyrolyse, une technique qui consiste à chauffer le méthane jusqu'à ce qu'il se décompose en ses composants constitutifs de carbone et d'hydrogène. S'il n'y a pas d'oxygène ou d'eau pendant ce processus, le méthane est divisé sans aucune émission de CO2.
Il existe d'autres entreprises de pyrolyse, mais la plupart créent des produits comme la suie ou le noir de carbone qui ne peuvent pas être utilisés dans la production de batteries. Ces entreprises s’appuient également souvent sur le chauffage par micro-ondes ou par plasma, des techniques qui peuvent être très gourmandes en énergie. En revanche, le réacteur de Molten ressemble à un grille-pain : il utilise un chauffage résistif, qui est plus efficace, selon le co-fondateur et PDG Kevin Bush.
Molten affirme que son graphite sera compétitif par rapport à d’autres sources. L'entreprise mise également sur le fait que les clients voudront un graphite synthétique à émissions moindres que celui actuellement sur le marché, fabriqué en traitant des matières premières à base de combustibles fossiles à l'aide d'un processus qui émet du méthane et des polluants atmosphériques. Les seules sources potentielles d'émissions dans le procédé de Molten proviennent de la production du gaz naturel qu'il utilise comme matière première ou du réseau électrique alimentant la pyrolyse.
Le graphite ne faisait pas partie intégrante de la vision de la startup lors de sa création en 2021. « Notre objectif initial était simplement de produire l'hydrogène le moins cher avec le réacteur le plus économe en énergie possible », a déclaré Bush. « Nous avons découvert en cours de route que nous pouvions réellement fabriquer du graphite de qualité batterie plutôt qu'une simple suie de carbone amorphe. »
Molten a construit un réacteur pilote à Oakland et est en train de construire une unité à grande échelle commerciale de la taille d'un conteneur d'expédition qui, selon Bush, devrait être opérationnelle l'année prochaine. Cette unité sera capable de produire quotidiennement 500 kilogrammes (1 100 livres) d’hydrogène et 1 500 kilogrammes de graphite, a-t-il déclaré.
Il reste cependant à voir s’il y aura une demande pour ce dernier dans les décennies à venir. D'autres matériaux comme le silicium, le lithium et le carbone dur pourraient commencer à concurrencer le graphite comme matériau par défaut dans les anodes des batteries, selon BloombergNEF. Ce changement pourrait potentiellement réduire de moitié la demande d’ici 2035.
Le marché de l’hydrogène peut également être difficile en raison des coûts élevés de production et d’utilisation et de l’incertitude politique, selon Payal Kaur, analyste de l’hydrogène chez BloombergNEF.
« C'est une histoire qui suit à peu près tous les marchés », a déclaré Kaur. « Vous avez bien plus d’offre que de prélèvement. »
