L'effort américain pour construire un approvisionnement national en énergie propre commence souvent avec des matériaux critiques produits dans des pays lointains et géopolitiquement sensibles. Des chercheurs du Laboratoire national d'Argonne du Département américain de l'énergie (DOE) ont récemment contribué à une série de rapports visant à sécuriser la chaîne d'approvisionnement en énergie propre des États-Unis et à minimiser les perturbations potentielles.

Les rapports du DOE se penchent sur 12 domaines dans lesquels les États-Unis doivent garantir la disponibilité de matériaux pour les sources d'énergie propres telles que les éoliennes, les piles à combustible et les panneaux solaires. Certains de ces matériaux sont des minéraux de terres rares utilisés dans les aimants qui entraînent les éoliennes, par exemple, ou des métaux précieux utilisés dans les batteries des véhicules électriques et le stockage de l'électricité sur le réseau.

Les États-Unis ont besoin d'un approvisionnement constant et abordable de ces matériaux pour décarboner leur économie d'ici 2050. La décarbonisation, qui comprend la réduction à zéro de l'utilisation des combustibles fossiles, est nécessaire non seulement pour éviter les pires effets du changement climatique, mais aussi pour renforcer la sécurité énergétique du pays. .

Des experts d'Argonne, d'autres agences fédérales, des laboratoires nationaux du DOE, des universités et du secteur privé ont collaboré aux rapports d'évaluation approfondie de la chaîne d'approvisionnement, qui ont été produits en réponse au décret exécutif de 2021 sur les chaînes d'approvisionnement américaines. Le DOE a fait appel à Argonne pour son expertise dans l'analyse de la chaîne d'approvisionnement des terres rares, les technologies des batteries, l'énergie hydrogène et d'autres domaines pertinents.

"Nous avons besoin d'un approvisionnement bien diversifié et sûr en matériaux critiques pour atteindre nos objectifs de décarbonisation", a déclaré Braeton Smith, économiste principal de l'énergie à Argonne, qui a dirigé les contributions de recherche transversales du laboratoire. "Cela nous oblige à examiner l'ensemble de la base industrielle de l'énergie pour identifier les pénuries ou les perturbations potentielles."

En particulier, les chercheurs d'Argonne ont mené l'enquête et la rédaction de deux des rapports sur la chaîne d'approvisionnement, "Rare Earth Permanent Magnets" et "Platinum Group Metal Catalysts", et des contributions techniques pour le rapport "Competitiveness and Commercialization of Energy Technologies". Ils ont également contribué à plusieurs autres rapports de la série.

La Chine domine la chaîne d'approvisionnement mondiale des métaux de terres rares et des aimants, contrôlant 92 % de la fabrication d'aimants en 2020. Les aimants de terres rares aident à alimenter les éoliennes, en particulier pour les turbines offshore, et ils entrent dans les moteurs de traction des véhicules électriques. La demande d'aimants de terres rares ne devrait que croître à mesure que les États-Unis continuent de développer l'énergie propre.

Les scientifiques d'Argonne ont découvert dans des recherches antérieures que les perturbations de l'approvisionnement en terres rares peuvent avoir des impacts qui durent bien au-delà d'un événement à court terme, créant des augmentations de prix qui varient en fonction du matériau spécifique. Ils ont découvert ces modèles à l'aide du modèle Global Critical Materials (GCMat), qui peut être utilisé pour simuler les évolutions futures du marché et anticiper les risques. GCMat s'appuie sur une méthode de simulation appelée modélisation à base d'agents, où les "agents" représentent les producteurs, les consommateurs et les autres acteurs d'un marché qui prennent des décisions.

"Un certain nombre d'efforts pour ajouter des capacités de fabrication d'aimants et de traitement des matériaux de terres rares sont en cours, tant au niveau national qu'international", a déclaré Matthew Riddle, assistant scientifique en énergie chez Argonne. "Dans les rapports, nous avons mis en évidence une variété de ces efforts pour améliorer la résilience de la chaîne d'approvisionnement."

Les métaux du groupe du platine, pour lesquels les États-Unis dépendent fortement des importations, sont des agents catalyseurs qui rendent les réactions chimiques plus efficaces. Le platine et l'iridium sont tous deux importants pour produire de « l'hydrogène vert » pour les piles à combustible en dérivant l'hydrogène de l'eau au lieu du gaz naturel. L'iridium est l'un des métaux les plus rares et n'est pas produit aux États-Unis.

"Le problème ne se concentre pas nécessairement uniquement sur l'extraction de matières premières", a déclaré Smith. "Les États-Unis manquent également de production intermédiaire, où nous pouvons séparer et raffiner certains de ces matériaux importants une fois qu'ils sont extraits."

Les rapports du DOE capturent en détail le paysage actuel de la chaîne d'approvisionnement, identifiant les principaux risques et opportunités. Un autre obstacle est le manque de données sur toute la chaîne d'approvisionnement.

"L'un des défis de l'analyse des chaînes d'approvisionnement en matériaux critiques est le manque de données accessibles au public, en particulier sur les étapes de processus qui se produisent après l'exploitation minière", a déclaré Diane Graziano, ingénieur chimiste à Argonne.

Le rapport sur les métaux du groupe du platine recommandait aux États-Unis de compiler des informations détaillées sur les fournisseurs et les fabricants, ce qui pourrait aider à hiérarchiser les investissements dans les catalyseurs.

En plus de stimuler le raffinage et la fabrication nationaux de matériaux critiques, d'autres moyens potentiels de renforcer la chaîne d'approvisionnement comprennent la recherche de matériaux de substitution moins chers et plus abondants et l'augmentation de la capacité de récupération et de recyclage des matériaux provenant de batteries en fin de vie et d'autres sources.

Le rapport sur la compétitivité et la commercialisation examine les stratégies visant à commercialiser des technologies innovantes et à améliorer la compétitivité des États-Unis dans le secteur de l'énergie propre. À cette fin, il présente un cadre d'analyse économique en six étapes qui comprend la prévision de la demande, l'analyse des politiques et l'analyse des scénarios.

"Ce n'est pas une boule de cristal parfaite. Mais mener cette analyse économique de bout en bout de la chaîne d'approvisionnement, de l'exploitation minière au recyclage, nous aide à comprendre les sources potentielles d'avantage concurrentiel pour les États-Unis et comment les maintenir", a déclaré Allison Bennett. Irion, ingénieur système et directeur de recherche supply chain à Argonne.

Les experts d'Argonne qui ont travaillé sur les rapports du DOE en tant qu'auteurs et contributeurs, en plus de Smith, Graziano, Riddle et Bennett Irion, sont Matthew Earlam, Chukwunwike Iloeje, Autumn Kaiser, Iain Hyde, Di-Jia Liu et Pingping Sun. + Explorer plus loin

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