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ceyal » Pollution Automobile » Le CO2 de construction d'une batterie de VE en 2020

Le CO2 de construction d'une batterie de VE en 2020

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1/ L'étude Suédoise d'IVL du 21 Juin 2017
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Cette étude [1] de 2017 conduisait à 150-200kg de CO2/ kWh embarqué soit pour un véhicule embarquant 64 kWh entre 64 et 85g de CO2/km pendant 150.000 kms.

Evidemment cette étude a été fort décriée par les partisans du véhicule électrique.

Sur la base des chiffres d'IVL, le 25 Avril 2019, l'IFO publiait une étude [17] qui montrait qu'une Tesla Model3 Long Range 75 kWh AWD émettait au cours de sa vie plus de CO2 qu'une Mercedes Diesel C220d.

Tollé des partisans du véhicule électrique qui conduisait donc à un vif débat au sein de la presse Allemande.

2/ L'analyse de l'ONG Transport & Environment
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L'ONG écolo T&E (Transport & Environment) a publié fin Octobre 2017 une étude [17] indiquant que dans n'importe quel pays d'Europe, y compris en Pologne qui fait pourtant les ¾ de son électricité au charbon, les véhicules électriques émettent au cours de leur vie moins de CO2 que les véhicules diesel.

Cette étude se fonde sur des chiffres extravagants tant pour le CO2 de construction de la batterie estimé à 19g de CO2/kWh, oubliant de facto que la quasi-totalité des batteries sont fabriquées avec de l'électricité ultra carbonée que pour le mix énergétique Allemand. En effet cette étude tout simplement de prendre en compte toutes les pertes et le CO2 de la chaine d'approvisionnement amont tandis qu'il affuble le véhicule thermique de chiffres de CO2 du puits à la roue sans commune mesure avec les chiffres mesurés par l'ADAC.

Bref cette étude est peu crédible [18]

3/ L'étude ICCT du 9 Février 2018
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Le 9 Février 2018, ICCT [2], après avoir épluché une dizaine d’analyses, a publié une étude qui concluait que le CO2 de construction de la batterie représentait entre 1 et 2 grammes de CO2/km par kWh embarqué selon que la batterie est fabriquée ou non dans un pays carboné.

Dans le détail :
a/ La construction d'une batterie induit, selon les études de 56 à 494 kg de CO2/kWh soit pour une batterie de 30kWh utilisée pendant 150.000 kms de 11 à 99 g de CO2/km sic "the studies indicate that battery production is associated with 56 to 494 kilograms of carbon dioxide per kilowatt-hour of battery capacity (kg CO2/kWh) for electric vehicles. Several of the studies also provide estimates for the equivalent amount of emissions per kilometer driven over the vehicle lifetimes. These generally find 1–2 g CO2 per kilometer per kWh of battery capacity".
2/ Le lieu de construction de la batterie joue un rôle clé … hélàs les grands industriels de la batterie ont leurs usines dans des pays fortement carbonés tels le Japon, la Chine ou la Corée avec de 25 à 50% d'électricité d'origine charbon [3]; le lecteur méditera aussi que LG-Chem a choisi d'implanter sa prochaine Mega factory de batteries en Pologne [4].
3/ Le recyclage de la batterie est à ce jour incertain même si on fonde en lui de grands espoirs pour usage en mode stationnaire … le lecteur lambda aura évidemment noté qu'il n'y a, à ce jour, toujours aucune solution déployée de recyclage pour les batteries au lithium de PC au contraire des batteries au plomb.
4/ Des progrès importants sont attendus en matière de batterie.

4/ L'étude MDPI du 19 Février 2019
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Cette étude [5], financée par l'Union Européenne explique que pour fabriquer une batterie Lithium ion, il faut une grande quantité d'énergie électrique ; la grande majorité de ces batteries sont fabriquées dans des pays ultra carbonés (Chine, Corée, Pologne) et cela conduit donc à une énorme quantité de CO2 qui en moyenne, pour une batterie fabriquée en Corée, donc à mi chemin entre la Chine et la Suède, se situe à 123 kg de CO2/kWh [5].
La même batterie fabriquée en Allemagne se situe à ce même niveau versus 100 kg pour un système 50% photovoltaïque et 50% avec le mix énergétique de l'Ouest Américain. Dans un pays très peu carboné comme la Suède ou la France, ça serait de l'ordre de 80 kg de CO2/kWh.
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Donc, une batterie fabriquée en Corée en 2019 représente 123kg de CO2/kWh, soit pour 64 kWh : 64*123 = 7872kg de CO2 soit encore 52g de CO2/km pendant 150.000 kms donc bien moins que l'étude ICCT [2].

Le CO2 nécessaire en Chine avec une énergie fortement carbonée pour fabriquer une batterie Li-ion était récemment de 240kg de CO2/kWh pour se situer maintenant à 150 kg de CO2/kWh par le seul jeu de l'augmentation des volumes de production. Il devrait au fil du temps s'abaisser rapidement à 80 kg de CO2/kWh par le jeu de l'optimisation et de l'utilisation d'électricité moins carbonée. Puis avec l'augmentation de la densité énergétique, le point final d'équilibre devrait se situer dans quelques années autour de 40 kg de CO2/kWh.
Dans le même temps, le prix de 200€/kWh actuellement devrait à terme être divisé par 2.
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On peut donc s'attendre dans les quelques années à venir à une réduction d'1/3 du CO2 soit environ 80kg de CO2/kWh nécessaire à la construction de la batterie en jouant simplement sur l'optimisation des processus et l'utilisation d'une énergie de construction moins carbonée. A plus long terme, on devrait obtenir une division par TROIS du chiffre actuel autour de 50 kg de CO2/kWh.

5/ Les travaux du Joanneum Research sous l'égide de la FIA
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En 2018, la FIA (Fédération Internationale de l'Automobile) a mandaté l'institut Autrichien Joanneum Research de faire une étude sur l'analyse globale du cycle de vie des véhicules électriques. Une première présentation a été faite lors de l'assemblée générale du 04 décembre 2018 [10]. Confortée tout au long de l'année 2019, cette étude a finalement été publiée le 12 Septembre 2019.

Elle conclut [11, page 128] à une production de 171 kg de CO2 / kWh de batterie y compris le recyclage en fin de vie, proche donc des 175 kg des études d'IVL ou d'ICCT. Ce chiffre s'abaisse à 95kg de CO2/kWh si la batterie connait une 2° vie, ce qui, selon Joanneum Research devrait représenter 5% des cas en 2050 [11, page 65]. Cela se traduit donc par 39g de CO2/km ou 22g en cas de 2° vie de la batterie d'une e-Golf de 35,8 kWh sur 150.000 kms.
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Cette étude traite des émissions de CO2 selon le mix énergétique de différents pays La construction d'un véhicule thermique compact de type Golf nécessite 5 tonnes de CO2 ; un véhicule électrique équivalent 11 tonnes.
Avec le mix énergétique Allemand très carboné, le véhicule électrique émet moins de CO2 qu'un véhicule diesel au bout de 219.0000 kms soit 14,6 ans ; c'est 127.000 kms et 8,5 ans pour un véhicule essence [12].
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Au contraire avec un mix énergétique zéro carbone, le véhicule électrique émet moins de CO2 dès 40.000 kms. Cette étude considère aussi le cas du GNV alais CNG alias Erdgas sans prendre en compte hélàs les fuites dans le système de distribution qui ont pourtant une importance considérable sur l'équivalent CO2/km. Enfin l'hydrogène (Wasserstoff) s'en sort admirablement bien lorsqu'elle est fabriquée avec de l'électricité renouvelable de surplus qu'on ne sait pas valoriser aujourd'hui et qui pire conduit à un prix NEGATIF de l'électricité sur le marché de gros..
Le Touring Club Suisse a décliné cette étude [13, 14] avec son mix énergétique bien moins carboné et obtient un résultat évidemment bien plus favorable au véhicule électrique. La France avec son mix énergétique plus proche de celui de la Suisse que de l'Allemagne est dans le même cas.
6/ Les déclarations Volkswagen d'Avril 2019
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Face au débat tendu en Allemagne de la réelle implication de construction d'une batterie de véhicule électrique, dans un communiqué de presse [6], le groupe VAG explique en Avril 2019 qu'une golf diesel émet 140g de CO2/km tandis qu'une e-Golf électrique émet 119g de CO2/kWh en amortissant la batterie sur 200.000 kms donc avec donc un point d'équilibre entre les 2 motorisations au bout de 125.000 kms.
Cette comparaison n'est pas faite avec du carburant électrique Allemand mais avec le mix énergétique moyen Européen.
Une autre publication de VAG [7] de la même époque explique cela en détail : 140g de CO2/km pour la Golf diesel versus 142g/km pour la e-Golf électrique avec le mix énergétique Allemand, toujours avec un amortissement de la batterie en 200.000 kms

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Le graphique précédent montre que la construction du véhicule amortie sur 200.000 kms se situe à 57g de CO2/km pour la e-Golf versus 29g pour la Golf diesel soit un écart 28 g de CO2/km. Pour 200.000 kms, la construction de la batterie et des annexes associés représente donc 5,6 tonnes de CO2 soit encore rapporté aux 35,8 kWh de la batterie de la Golf 156 kg de CO2/kWh
Cette distinction subtile entre le document technique et le communiqué de presse VAG se justifie-t-elle par le fait que son PDG Herbert Diess venait d'annoncer en Mars 2019 un vaste plan "véhicule électrique" visant à produire 22 millions de véhicules électriques, 7 de plus que dans les annonces précédentes ? On peut raisonnablement le penser.
La presse Allemande elle-même se fait piéger, certains comme le FAZ (Frankfurter Allgemeine Zeitung) s'appuyant dans ses écrits sur la version du communiqué de presse VAG avec comme référence le mix énergétique moyen Européen [8], d'autres comme la chaine de radio télévision DW (Deutsche Welle) prenant au contraire comme référence le mix énergétique Allemand [9].
7/ Nouvelle étude d'IVL de Novembre 2019
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IVL a révisé son étude 2017 en Novembre 2019 [15]. Une première partie analyse les données, souvent anciennes, des constructeurs conduisant à une moyenne de 146kg de CO2/kWh. D'autres études récentes (PEFCR 2018 et Ecodesign 2019) moins précises conduisent à 77 ou 107 kg de CO2/kWh. Une troisième partie, beaucoup plus détaillée, s'appuie pour l'essentiel sur une analyse publique très détaillée d'Argonne National Laboratory (USA) qui conclut à 61-106 kg de CO2/kWh selon que l'énergie utilisée est complètement décarbonée ou au contraire à base de charbon (1000g de CO2/kWh) sic "The energy required for the production per kWh battery capacity ranges from 61-106 when varying the electricity mix from a clean (0kg CO2-eq/kWh) to a fossil-fuel rich (1kg CO2-eq/kWh) electricity mix for a 100 percent electricity powered cell manufacture and battery pack assembly factory using material sourcing emissions from Dai et al. (2019) [16]."

Bref en résumé les 60 kg de CO2/kWh supposent une énergie intégralement renouvelable … ce qui a de fortes contraintes industrielles car Mère Nature ne fournit JAMAIS de soleil la nuit et pas toujours du vent. Cela suppose donc soit de faire travailler l'usine de production seulement quand Mère Nature est de bonne humeur, soit d'utiliser en complément de l'énergie nucléaire faiblement carbonée, soit d'installer des systèmes de stockage conséquents … dont il faudra aussi incorporer l'impact sur le réchauffement climatique.

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8/ Amortir le CO2 de construction d'une batterie de véhicule électrique en 150.000 kms ?
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C'est souvent la valeur prise en référence au grand dam des partisans du véhicule électrique qui font remarquer qu'on a déjà vu des Tesla avec des kilométrages bien plus élevés de l'ordre de 600.000 kms.

De là à conclure que tous les véhicules électriques seront comme ces Tesla et feront tous 600.000 kms, il y a un pas que je ne franchis pas pour les raisons suivantes:

a/ 150.000 kms, c'est en effet la valeur prise en référence par les études ci-dessus d'IVL, de MDPI, d'ICCT et même du constructeur

b/ C'est l'ordre de grandeur du kilométrage moyen en Europe

c/ C'est la durée de vie moyenne d'un véhicule en Europe qui peut être réformé au bout de 15 ans pour bien d'autres raisons que son kilométrage, comme par exemple de ne plus avoir un nouvel élément de sécurité apparu entre temps voire le dernier gadget multimédia à la mode . L'Apple Car Play ou Androïd Auto existaient-ils en 2005? bien sûr que non car le Smartphone n'existait pas.

d/ C'est souvent bien la limite de garantie de la batterie comme par exemple pour le nouveau Kona [19].

e/ C'est même selon Mazda [20] au global plus écologique si on doit remplacer la batterie au bout de 160.000 kms car à compte là, mieux vaut que la batterie soit petite
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f/ Une observation de la vente de véhicules électriques d'occasion sur le site du Bon Coin en 2018 [18] montrait qu'on est souvent fort éloigné de cet objectif de 10.000 kms/an et que nombre de véhicules n'effectuent dans la pratique que 4000 kms/an, doublant de facto le CO2/km. En moyenne, ces véhicules type Peugeaot iOn ou Citroen C-zero effectuent 7000 kms par an soit 70.000 kms en 10 ans soit encore 60g de CO2/km pour une durée de vie batterie de 10 ans. Ce véhicule avec sa petite batterie reste naturellement cantonné à la ville et aux trajets peri-urbains, ce qui explique sans doute ce faible kilométrage annuel.
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Encore heureux que les Tesla S de l'époque roulent plus … car à ce prix là, mieux vaut qu'elles roulent pour avoir une chance de les amortir

g/ Depuis 2 ans, les choses ont peu évolué. Une semaine de fin 2019, sur le site de vente Le Bon Coin, il y avait
11 Tesla de 2013 kilométrage moyen 19.000 kms/an
27 Tesla de 2014 kilométrage moyen 20.000 kms/an
82 Zoe de 2013 kilométrage moyen 9.000 kms/an
133 Zoe de 2014 kilométrage moyen 8.000 kms/an
9 Leaf de 2013 kilométrage moyen 13.000 kms/an
28 Leaf de 2014 kilométrage moyen 10.000 kms/an
Au global, les véhicules électriques parcourent en moyenne un kilométrage équivalent à celui des véhicules thermiques de même gabarit.

h/ Et surtout une étude d'AAA Data [21] de novembre 2019 révélait que le propriétaire d'un véhicule électrique était un urbain de 56 ans qui faisait en moyenne 8664 kms/an ; dans 64% des cas il avait au moins un autre véhicule et dans 54% des cas un diesel homologué à 143g de CO2/km
Dans ces conditions, 150.000 kms représente 17 années de roulage … bien au-delà de l'obligation faite aux constructeurs de fournir les pièces de rechange pendant 10 ans.

Et voilà pourquoi je conserve la valeur clé d'amortissement de 150.000 kms.


Conclusion
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Les batteries étant pour l'essentiel aujourd'hui fabriquées dans des pays très carbonés (Chine, Corée, Pologne), on retiendra le chiffre moyen de l'étude MDPI soit 123kg de CO2/kWh. Ce chiffre devrait rapidement s'abaisser à 80 kg de CO2/kWh, valeur de convergence des études MDPI et IVL 2019.
Pour une batterie de 64 kWh, l'impact se situe donc sur 150.000 kms aujourd'hui à 52g de CO2/km, s'abaissant d'ici quelques années à 35g de CO2/km.

[1] https://www.ivl.se/english/sta​rtpage/top-menu/pressroom/pres​s-releases/press-releases---ar​kiv/2017-06-21-new-report-high​lights-climate-footprint-of-el​ectric-car-battery-production.​html
[2] https://theicct.org/publicatio​ns/EV-battery-manufacturing-em​issions sic "These Studies generally find 1–2 g CO2 per kilometer per kWh of battery capacity".
[3] https://fr.reuters.com/article​/companyNews/idFRL8N1Q256V
[4] https://www.automobile-propre.​com/batteries-sk-innovation-an​nonce-construction-gigafactory​-hongrie/
[5] Eco-Efficiency of a Lithium-Ion Battery for Electric Vehicles: Influence of Manufacturing Country and Commodity Prices on GHG Emissions and Costs. MDPI 19 Février 2019 https://www.mdpi.com/2313-0105​/5/1/23/pdf
[6] https://www.volkswagen-newsroo​m.com/en/press-releases/electr​ic-vehicles-with-lowest-co2-em​issions-4886
[7] https://www.volkswagenag.com/e​n/news/stories/2019/04/from-th​e-well-to-the-wheel.html
[8] https://www.faz.net/aktuell/wi​rtschaft/auto-verkehr/vw-mit-e​igener-studie-ueber-umweltfreu​ndlichkeit-von-e-autos-1615523​9.html
[9] https://www.dw.com/en/ifo-stud​y-casts-doubt-on-electric-vehi​cles-climate-saving-credential​s/a-48460328 "On Wednesday, German carmaker Volkswagen, which wants to sell 10 million EVs in the coming years, also stepped into the fray. It admitted that under current German energy conditions its fully-electric Golf would emit 142 g/km over a life cycle of 200,000 kilometers, while a diesel-driven car of the same type would create only 140 g/km. But VW also noted that using the European energy mix for calculations, which includes large amounts of nuclear energy from France and water power from Norway, the e-Golf's carbon footprint would be down to 119 g/km."
[10] https://www.fia.com/fr/news/ag​a-fia-2018-la-region-1-present​e-une-large-gamme-dobjectifs-p​our-2019 sic "Les délégués ont ensuite assisté à une présentation sur l'évaluation du cycle de vie des véhicules, sur la base des travaux entrepris par l'ÖAMTC et les consultants autrichiens Joanneum Research."
[11] https://www.adac.de/-/media/pd​f/tet/lca-tool---joanneum-rese​arch.pdf?la=de-de&hash=F06DD4E​9DF0845BC95BA22BCA76C4206
ou https://res.cloudinary.com/ada​cde/image/upload/v1572625374/A​DAC-eV/KOR/Text/PDF/LCA_Tool_-​_Joanneum_Research_zp22wt.pdf
[12] https://www.adac.de/verkehr/ta​nken-kraftstoff-antrieb/altern​ative-antriebe/klimabilanz/
ou https://www.adac.de/verkehr/ta​nken-kraftstoff-antrieb/altern​ative-antriebe/co2-treibhausga​sbilanz-studie/
[13] https://www.tcs.ch/fr/le-tcs/p​resse/communiques-de-presse-20​19/lca.php
[14] https://www.tcs.ch/mam/Digital​-Media/PDF/Booklets/life-cycle​-assessment-lca-fr.pdf sic "En Allemagne, les véhicules fonctionnant au diesel ou à l'essence sont parfois plus
performants que les véhicules électriques en termes d'émissions de gaz à effet de serre. Cela s'explique par les fortes émissions de gaz à effet de serre dans le mix électrique allemand (provenant des centrales à charbon). En Suisse, les voitures électriques bénéficient du mix électrique suisse durable et produisent actuellement moins de gaz à effet de serre que les véhicules comparables équipés de moteurs à combustion sur l›ensemble de leur cycle de vie."
[15] https://www.ivl.se/english/sta​rtpage/top-menu/pressroom/pres​s-releases/press-releases---ar​kiv/2019-12-04-new-report-on-c​limate-impact-of-electric-car-​batteries.html
[16] Dai, Q., Kelly, J. C., Gaines, L. & Wang, M., 2019. Life Cycle Analysis of Lithium-Ion Batteries for Automotive Applications. Batteries 2019
[17] https://www.transportenvironme​nt.org/press/electric-cars-emi​t-less-co2-over-their-lifetime​-diesels-even-when-powered-dir​tiest-electricity
[18] http://blogs.caradisiac.com/po​llution-automobile/vehicule-el​ectrique-thermique-7019737.htm​l
[19] https://www.largus.fr/actualit​e-automobile/hyundai-kona-elec​tric-quelle-autonomie-pour-la-​petite-batterie-9928393.html sic " Autre évolution, moins heureuse : la garantie des batteries, qui reste de huit ans, chute de 200 000 km à 160 000 km"
[20] https://europe.autonews.com/bl​ogs/why-mazda-thinks-smaller-b​attery-just-fine-mx-30 sic "Mazda is basing this claim on a life-cycle assessment of total CO2 emissions, saying that the MX-30 with a 35.5 kWh battery pack is comparable to a diesel Mazda 3 compact hatchback on that basis. Schultze said that even after replacing the battery pack, something that could occur after 160,000 km (100,000 miles) of use, the MX-30's total CO2 emissions are still similar to the diesel’s. Mazda says that a 95-kWh battery pack would have substantially higher CO2 emissions from Day One, both from the production of the larger pack and higher electricity consumption. And when that larger pack needs to be replaced, overall emissions will jump again, Mazda says.
[21] https://www.autoplus.fr/actual​ite/Ventes-Voitures-electrique​s-France-Proprietaire-Voiture-​verte-1545676.html
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