Le monde se tourne vers l’électrification, ce qui va nécessiter davantage de lithium. Ingrédient essentiel des batteries qui alimentent tout, des véhicules électriques aux téléphones portables, la demande devrait s’accélérer au cours de la prochaine décennie.
Pour y parvenir, une nouvelle génération de startups travaille sur de nouvelles méthodes de production de ce précieux métal et promet d'ouvrir des sources de lithium inexploitées. Elles luttent également contre de forts vents contraires économiques, faisant progresser leur technologie dans un contexte de marasme économique.
L'extraction directe du lithium (DLE) est une approche innovante pour récupérer le matériau de la saumure présente à la surface de la Terre ou pompée dans le sous-sol. Il existe une variété de techniques, allant de l'utilisation de billes attirant le lithium à l'utilisation de membranes qui filtrent sélectivement le métal. Bien que les startups s'intéressent à la DLE depuis des années, ce n'est que récemment que la technologie a mûri pour devenir potentiellement compétitive par rapport aux méthodes d'extraction du lithium existantes.
« À l’heure actuelle, la technologie est sur le point d’être commercialisée », a déclaré Sung Choi, spécialiste des métaux et des mines chez BloombergNEF.
Pourtant, la plupart des startups n’en sont qu’au stade de laboratoire ou de pilote, ce qui montre qu’il reste encore beaucoup à faire pour jouer un rôle significatif dans l’industrie. Le lithium est traditionnellement extrait de la saumure dans des bassins d’évaporation à ciel ouvert ou extrait directement de la roche. Des pays comme l’Argentine et le Chili sont des producteurs de lithium de premier plan, responsables de la majorité du lithium importé aux États-Unis, car ils disposent de sources plus concentrées de ce métal. (L’Australie est le plus grand producteur de lithium au monde.)
Alors que la demande de lithium est aujourd'hui d'environ 1 million de tonnes par an, BNEF prévoit qu'elle atteindra 3 millions d'ici 2030 et plus de 6 millions d'ici 2050 dans le cadre de son scénario de transition économique, qui suppose qu'aucune nouvelle politique ne sera mise en œuvre pour accélérer la transition vers une énergie propre. L'offre de lithium est actuellement excédentaire en raison, entre autres, d'un ralentissement des ventes de véhicules électriques, ce qui signifie qu'il y a suffisamment de lithium produit par des méthodes traditionnelles pour répondre à la demande à court et moyen terme. Mais l'innovation est nécessaire pour répondre à la demande à long terme induite par la transition énergétique, a déclaré Choi.
Jusqu'à récemment, la majorité des techniques de DLE reposaient essentiellement sur des matériaux solides capables d'attirer le chlorure de lithium, raffiné pour être utilisé dans les batteries. Ces approches n'ont permis de récupérer que de modestes quantités de métal, et certains matériaux ont également attiré des substances indésirables ayant une structure chimique très similaire, comme le magnésium.
Quelques jeunes pousses affirment avoir surmonté ces défis technologiques grâce à de nouvelles approches DLE qui capturent le lithium et uniquement le lithium. Bien que toujours coûteuses, les entreprises pensent pouvoir être compétitives sur le marché du lithium, car elles utilisent moins d'eau et moins de ressources que les méthodes de production traditionnelles et peuvent travailler avec des saumures de moindre qualité contenant des quantités moins concentrées de lithium. Les jeunes pousses DLE pensent que leurs techniques peuvent ouvrir de nouveaux marchés, diversifiant ainsi la chaîne d'approvisionnement en lithium.
SpecifX est l'une de ces startups. Cofondée par le professeur David Jassby de l'Université de Californie à Los Angeles, la société a développé un matériau membranaire qui utilise un champ électrique pour déplacer les ions, tout en permettant uniquement au lithium de traverser la « porte ». Bien que les saumures nord-américaines soient généralement « plus difficiles » à extraire du lithium, l'approche de SpecifX peut fonctionner en les utilisant, a déclaré Jassby.
Outre la possibilité d’extraire le lithium des saumures à faible concentration, la séparation par membranes présente un autre avantage potentiel par rapport aux méthodes de production traditionnelles telles que l’extraction minière en roche dure et les bassins d’évaporation de masse : l’impact environnemental. La technologie de séparation par membranes est « le Saint Graal de l’extraction du lithium », car elle élimine le besoin d’eau et de produits chimiques, a déclaré Charles McGill, PDG d’ElectraLith, soutenu par Rio Tinto. L’entreprise basée à Melbourne développe également une approche par membranes pour la séparation par membranes.
En comparaison, les techniques d’extraction minière traditionnelles sont extrêmement gourmandes en eau, puisqu’elles utilisent jusqu’à un demi-million de gallons d’eau par tonne de lithium produite. Les pays exposés à la sécheresse comme le Chili commencent à restreindre l’utilisation de l’eau dans l’extraction du lithium, encourageant les mineurs à adopter la DLE. Certaines sociétés minières se sont déjà engagées à réduire leur consommation d’eau et à diminuer leur dépendance aux méthodes traditionnelles d’extraction de saumure. Par exemple, le premier producteur mondial de lithium, Albemarle Corp., s’est engagé à réduire l’intensité de son utilisation d’eau douce de 25 % d’ici 2030, tandis que SQM, le deuxième producteur mondial, est en train de choisir les technologies DLE à déployer.
Les méthodes DLE basées sur des membranes ne sont pas les seules à tenter de s’attaquer aux impacts environnementaux de la production de lithium. Une autre start-up, PureLi, basée à Princeton, s’appuie sur l’évaporation, mais son approche évite de perdre l’eau des saumures dans l’atmosphère. La start-up fait passer le liquide sur une corde dotée d’un revêtement spécial qui lui permet de différencier le lithium des autres parties de la saumure, tout en récupérant l’eau. Le chlorure de lithium se déplace plus rapidement et plus loin vers une extrémité de la corde tandis que les autres substances restent ou se cristallisent. Zhiyong Jason Ren, chercheur à Princeton et responsable de l’initiative, qualifie cette approche de « méthode de sucrerie de roche ».
Outre les défis technologiques, le lancement du DLE s’est avéré économiquement difficile. Aujourd’hui, le lithium est bon marché et largement disponible, après l’effondrement des prix en 2023. À son apogée, l’hydroxyde de lithium de qualité batterie a atteint 80 000 dollars la tonne métrique avant de chuter à 14 000 dollars en avril 2024 aux États-Unis et en Europe.
L’effondrement des prix du lithium a déstabilisé les investisseurs, créant un environnement de financement difficile pour les startups du secteur. Pour couronner le tout, l’utilisation du DLE pour produire du lithium coûte toujours plus cher que les techniques traditionnelles d’évaporation par bassin, même si dans certains cas, le DLE est comparable à l’extraction de roches dures. Mais les défenseurs de l’industrie affirment que se concentrer sur l’offre excédentaire actuelle est une vision à court terme, et les producteurs doivent investir et développer de nouvelles approches dès maintenant pour être prêts à répondre à la demande future.
« Il est judicieux d'investir maintenant, lorsque les ressources sont relativement peu coûteuses à acquérir, et de créer des capacités qui seront opérationnelles dans trois à cinq ans », a déclaré Raef Sully, PDG de Lilac Solutions Inc., une société DLE soutenue par Breakthrough Energy Ventures de Bill Gates et l'une des plus grandes du secteur.
Lilac, qui a terminé quatre projets pilotes et deux usines de démonstration, a levé plus de 300 millions de dollars pour commercialiser sa technologie DLE qui s'appuie sur des billes de céramique pour absorber le lithium. Elle travaille actuellement à la construction d'une usine de 5 000 tonnes au Grand Lac Salé de l'Utah, dont l'achèvement est prévu pour fin 2026. Une fois construite, elle sera la plus grande installation de production de DLE d'Amérique du Nord, a déclaré Sully.
Certains doutent que Lilac – et DLE dans son ensemble – puisse fournir du lithium rentable. La technologie de la startup a fait l'objet d'un rapport de vente à découvert publié en 2022 affirmant que son approche ne fonctionne pas, une affirmation que l'entreprise réfute.
« Les investisseurs n’ont toujours aucune preuve que la technologie DLE de Lilac fonctionne à grande échelle et, si oui, à quel coût », a écrit J Capital Research dans son rapport. « Si la technologie DLE fonctionne, le nombre de « cycles » pendant lesquels le milieu d’extraction peut être utilisé sera un facteur de coût clé. Si le milieu ne peut être utilisé que pour quelques centaines de cycles, les coûts peuvent être prohibitifs. »
Les taux de récupération du lithium sont restés constamment élevés lors des tests en laboratoire, des projets pilotes et des démonstrations à grande échelle, et les billes de céramique utilisées pour extraire le lithium ont duré des milliers de cycles, a déclaré Sully.
Il espère que l'achèvement de l'usine de l'Utah redonnera confiance à DLE. « Les gens sont sceptiques à juste titre », a-t-il déclaré. « Je pense que les grandes entreprises hésitent à se lancer et à utiliser notre technologie sans la voir elles-mêmes. »
