Materials and Resource Requirements for the Energy Transition- (Energy Transitions Commission , July 2023)

 Objet de l’étude et hypothèses :

Ce rapport s’appuie sur la bibliographie existante et existants et évalue :

• S’il existe suffisamment de ressources en matières premières pour soutenir la transition énergétique.

• Si l’offre peut croître assez rapidement pour répondre à la demande.

• Les impacts environnementaux mondiaux et locaux de l’augmentation de l’exploitation minière et du raffinage des métaux.

• Les mesures qui peuvent être prises pour assurer un approvisionnement adéquat et sûr et pour réduire les incidences négatives sur l’environnement.

Les hypothèses 2050 :

- Une augmentation spectaculaire de la consommation mondiale d’électricité, passant de 28 000 TWh en 2022 à 110 000 TWh d’ici 2 050. Plus de 75% de cette somme serait fournie par l’éolien et le solaire, nécessitant environ 26 à 34 TW d’énergie solaire et 14 à 15 TW d’énergie éolienne, contre environ 1,2 TW et 1 TW, respectivement, aujourd’hui. Le reste sera fourni par un mélange de sources nucléaires, hydroélectriques et autres sources zéro carbone, ainsi que par des batteries et d’autres stockages pour répondre à environ 5% des besoins quotidiens en production.

- Une expansion majeure des réseaux électriques, passant de 75 millions de km actuellement de transport et de distribution à plus de 200 millions de km d’ici 2050.

- Un rôle majeur pour l’hydrogène à faible teneur en carbone, avec une utilisation totale d’hydrogène passant de 90 à 100 Mt aujourd’hui (dont seulement environ 1 Mt est à faible teneur en carbone) à 500-800 millions de tonnes par an, dont la forte majorité (par exemple, 85%) est susceptible d’être de l’hydrogène « vert » fabriqué par électrolyse alimenté par de l’électricité à faible teneur en carbone. Cela nécessite une capacité d’électrolyseur allant jusqu’à 7 000 GW en 2050.

- La décarbonisation quasi totale du parc mondial de véhicules de tourisme d’ici 2050, nécessitant plus de 1,5 milliard de voitures électriques et ~200 millions de camions et bus électriques. Cela nécessite une capacité totale de la batterie allant jusqu’à 150 TWh.

- Capacité de captage, d’utilisation et de stockage du carbone d’environ 7 à 10 GtCO2 par an, afin de compenser l’utilisation restante de combustibles fossiles et de traiter les émissions dans des applications spécifiques et d’éliminer le carbone.

Moyennant ces hypothèses j’ai rassemblé un certain nombre de courbes qui font la richesse de ce document.

Conclusion 2050 :  à condition d’un développement massif de nouvelles mines et industries de transformation, les ressources en matériaux prévisible pour 2050 peuvent permettre le succès de la transition énergétique. Pour que celle-ci s’accompagne du moins de dégâts environnementaux possibles et d’une moindre dépendance étrangère  il convient de privilégier les technologies les plus économes en matériaux et métaux critiques,  donc le nucléaire et de déprioritiser les plus consommatrices, donc l’éolien offshore.

 Conclusion 2030 : la demande en matériaux critiques pour 2030 excède les possibilités de production pour le cuivre, le nickel, le néodyme, le lithium, le cobalt, le lithium et le graphite.

Il est donc nécessaire de privilégier les techniques de production les plus économes en ces matériaux, et donc d’éviter les plus gourmandes- laquelle est clairement l’éolien offshore. Une urgence : déprioriser l’éolien offshore !

 On rappellera la conclusion du Directeur du BRGM : en 2030, il faudra choisir entre l’éolien, le téléphone portable et le développement d’internet en Afrique. (cf sur ce blog https://vivrelarecherche.blogspot.com/2023/05/les-limites-physiques-du-developpement.html)

Graphique 1) Les matériaux et métaux importants pour 2050

Graphique 2)  Augmentation des besoins en métaux et matériaux critiques pour 2050

Graphique 3) Les besoins en métaux et matériaux critiques par technologie

Conclusion : explique les tensions sur le cuivre et l’acier, montre que le nucléaire, avec l’hydroélectricité est le plus économe en matériaux.

Graphique 4) Les performances CO2 de diverses technologies

Conclusion : excellente performance du nucléaire dès aujourd’hui. Pour le reste les performances CO2 sont pour les meilleures techniques prévisibles en 2050. Le rôle de l’hydrogène parait surestimé selon des projections plus récentes. Pour les auteurs du rapport, la conclusion est optimiste : selon leur prévision, la décarbonation massive peut réussir !

Graphique 5) Criticité des besoins en métaux et matériaux critiques en 2050

Conclusion : Le cuivre, le nickel, le cobalt et l’argent sont en risque de pénurie, la demande excédant les réserves. Par contre, elle n’excéde pas les ressources connues. La transition apparait donc soutenable, à condition d’ouvrir suffisamment de nouvelles mines et usines de traitement rapidement.

Graphique 6 et 7)  Avec un effort considérable de recherche et développement, le recyclage pourra apporter une contribution significative à la demande de métaux et matériaux critiques d’ici 2050

Graphique 8 et 9 )  Même avec un recyclage important, la réussite de la transition en 2050 exigera l’ouverture d’un nombre important de nouvelles mines avant 2030, en particulier pour le cuivre, le nickel et l’argent 

Graphiques 10 et 11) : la possibilité de la transition énergétique en 2050 est conditionnée par un raccourcissement important des durées d’ouverture de nouvelles mines et par des investissement très conséquents dès la prochaine décennie (1,7 trillions de dollars d’ici 2050)

L’augmentation de l’offre primaire sera cruciale pour répondre à la croissance rapide de la demande. Pour y parvenir, quatre défis majeurs doivent être surmontés : les difficultés à prévoir la demande future, les longs délais d’extraction, le manque d’investissements et les défis liés à l’augmentation de la production minière actuelle. Une action concertée des décideurs, des mineurs et des investisseurs sera nécessaire pour créer une certitude quant à la demande future, accélérer les délais de développement minier, augmenter les dépenses en capital actuelles de 45 milliards de dollars par an à 70 milliards de dollars jusqu’en 2030 et accroître la productivité minière.

Graphiques 12 , 13,  14) : la nécessité d’exploitation intensive de nouvelles mines entrainera une forte augmentation de a consommation en eau pour l’activité minière, multipliée par 4 . C’est particulièrement le cas pour le cuivre, qui est aussi très polluant et les ouvertures de mines peuvent faire l’objet de forte oppositions.

Même après 2050, il importera donc aussi pour des raisons environnementales de limiter le recours aux techniques de production les plus gourmandes en ces matériaux, - laquelle est clairement l’éolien offshore. Une urgence : déprioriser l’éolien offshore !

Graphique 15 : Il vaut mieux investir dans le nucléaire que dans les énergies variables intermittentes

La production d’énergie nucléaire a une intensité matérielle bien inférieure à celle de énergies solaire et éolienne, ainsi que des exigences beaucoup plus faibles en matière d’utilisation des terres (tant pour l’extraction des matériaux que pour l’exploitation).

L’expansion de la capacité nucléaire pourrait être une option pour réduire les besoins en terres et en matières premières.

NB les coûts indiqués pour le nucléaire et l’éolien sont des comparaisons de coûts de production ( LCOE) et non pas comme ce devrait être, de comparaisons de coût des systèmes complets intégrant les besoins de stockage et de services systèmes ( fréquence, inertie…) au réseau et d’extensions du réseau lui-même. Les études de RTE d’une part et de la NEA d’autre part montrent un coût bien supérieur de l’éolien, en particulier off shore lorsque ces coûts totaux sont pris en compte ( typiquement pour la France,  plus de 20 milliards par an pour des systèmes à forte proportion d’ENR contre des systèmes plus nucléarisés . En particulier pour l’éolien offshore, les coûts sont plutôt de 150/200 eur le Mwh contre 60- 70 pour le nucléaire.

Graphique 16 : investir dans des technologies de production d’électricités gourmandes en métaux et matériaux critiques renchérira leur coût et retardera la transition vers les véhicules électriques avec des conséquences importantes pour les émissions carbone.

Graphique 17) les goulots d’étranglement en métaux critiques d’ici 2030 

Graphique 18: la demande en matériaux critiques pour 2030 excède les possibilités de production

Conclusion : ça ne passe pas pour le cuivre, le nickel, le néodyme, le lithium, le cobalt, le lithium et le graphite.

Il, est donc nécessaire de privilégier les techniques de production les plus économes en ces matériaux, et donc d’éviter les plus gourmandes- laquelle est clairement l’éolien offshore. Une urgence : déprioriser l’éolien offshore !

Graphique 19)  le recyclage n’apportera pas de solution possible d’ici 2030 mais pourra contribuer significativement à partir de 2040

NB c’est évident, pour recycler, il faut qu’il y ait déjà suffisamment à recycler ! Et 2que les techniques aient été développées de manière à devenir soutenables économiquement

Graphique 20)  D’ici 2030,  la demande en cobalt, cuivre, graphite pour anodes, lithium et néodyme excédera les possibilités de production.

L’utilisation des technologies les plus gourmandes en ces métaux et matériaux, tel
l’éolien offshore devra être limité

Graphique 21) D’ici 2030,  la production en cobalt, cuivre, graphite pour anodes, lithium , nickel, platine, métaux rares est extrêmement concentrée et nous expose à des risques géopolitiques majeurs.

NB ce n’est pas le cas de la demande en uranium, très diversifiée

D’ici 2030, l’utilisation des technologies les plus gourmandes en ces métaux et matériaux, tel l’éolien offshore devra donc être limité