Christian BERGGREN - Rapid Vehicle Electrification- What are the challenges?

Type de publication:

Compte Rendu

Source:

Compte rendu de la journée du Gerpisa, Number 241, FIEV, Mondial de l'Automobile, Paris (2018)

Notes:

Christian BERGGREN

 

Christian Berggren est professeur en gestion industrielle à la Linköpings Universitet (Suède). Ingénieur, membre historique du réseau GERPISA, il est spécialisé les systèmes productifs et l’innovation technologique dans l’industrie automobile, et les politiques d’innovation dans les mobilités durables (amélioation du moteur thermique, électrification du transport de marchandises).
Il est l’auteur du rapport Speeding up European Electro-mobility. How to electrify half of new car sales by 2030 ?commandé par l’ONG T&E et livré en septembre 2017 – disponible au lien suivant: transportenvironment.org/publications/speeding-european-electro-mobility

Texte complet:

Présentation du rapport par l’auteur
 
Noxious diesel emissions far above official limits and the need to rapidly reduce-greenhouse gasesgenerate widespread calls for banning fossil-fueled cars in Europe. This report shows that it is possible to electrify 50 per cent of all new carsin the EU by 2030.
 
This, however, requires massive investment in European battery production capacity, anda long-term commitment to sustainable supply of critical materials.In addition a large-scale expansion of the charging infrastructure is needed, in particular at home and at work places, which account for around 95 per cent of all battery charging.Moreover, local grids will need enforcement in most countries.The additional electricity demand must be satisfied at a time when many coal-fired and nuclear-based power plants will be decommissioned. Plug-in hybrids, which combine a downsized combustion engine with an electric motor, will probably play an important role, both to relieve long-distance drivers of range anxiety and to reduce the demand for scarce virgin metals, in particular cobalt.
 
To make the shift happen, an EU-wide Zero Emission Vehicle (ZEV) mandate needs to be established from 2025, with planned stringency increases every second year or so. Such a regulation is less vulnerable to budget restraints and changing relative prices than financial incentives. At the same time, the regulatory demands on manufacturers to reduce CO2 emissions from combustions engines need to become more stringent and apply to all combustion engines, including those in plug-in hybrids. Such a combination of policies will make it possible to realize the overall target of 50 per cent electrificationof new cars in a robust and flexible way.
 
Rapide résumé de la présentation
 
Christian BERGGREN revient sur les principaux points de son rapport qu’il avait exposé en janvier 2018 au CCFA en janvier 2018 et qui prenait position pour la fin de la neutralité technologique en Europe.
Répondant aux critiques que nous avions formulées alors, il aborde trois points principaux :
·       La confirmation ou le renforcement des tendances de marché (ventes en croissance, offre étendue, prix en baisse) ;
·       Les trois défis techno-économiques majeursqu’impliquent ces évolutions et l’objectif de 50% des ventes neuves « électrifiées » d’ici 2030 ;
·       les choix politiques et dispositions d’ordre réglementaire à adopter pour forcer les constructeurs à atteindre cet objectif, permettre la montée en puissance de l’industrie européenne et assurer que le VE soit réellement "propre"
 
Les planches et illustrations les plus significatives sont reprises dans ce compte rendu mais le support de présentation peut néanmoins être téléchargé au lien suivant :http://gerpisa.org/node/5133 ou directement : http://gerpisa.org/system/files/BERGGREN_-_2018-10-11_-_PPT.pdf
 
1.    Grandes tendances: croissance des ventes, offre en diversification, baisse rapide des prix
 
·       Les ventes mondiales de VE (BEV "100% électriques" et PHEV "plug-in hybrids" – hybrides rechargeables) sont passées de près de 800.000 unités en 2016 à près de 1,2M en 2017 et seraient estimées à 1,9M pour 2018. La Chine représenterait près de la moitié de ce marché et désormais plus du double des Etats-Unis.
 

Source : EV Volumes
 
Dans le même temps les ventes en Europe seraient passeraient de 220.000 à 430.000. Il y aurait désormais plus d’1M de "VE" en Europe. Dans l’UE, 1/40 des VN vendus est composée de VE ; dans certains pays avancés comme la Suède, c’est 1 sur 14 (plus de 7% des ventes).
 
·       La diversité de l’offre va croissant. A titre d’exemple il n’y avait que deux modèles en vente dans l’UE en 2010, 34 en 2016. L’évolution de l’offre du constructeur Jaguar est emblématique – et elle serait guidée par les attentes des consommateurs, moins attachés qu’avant aux caractéristiques des véhicules classiques.
 
·       Le coût des batteries – qui détermine pour l’essentiel le coût de production des VE – décline rapidement.
La référence est ici le coût au kWh stocké : de l’ordre de $1000/kWh en 2010, il a chuté à $200/kWh aujourd’hui. Une baisse à $108-144/kWh serait attendue d’ici 2020.
 
Source : inconnue
 
Sur cette base la "costparity" entre VE et VT (thermique), qui serait possible à partir de coûts de production de la batterie de $100/kWh, est en vue. A titre d’exemple la Mitsubishi iMIEV (batterie de 16kWh) de 2010 était vendue 36k€. La GM Bolt de 2017, bien plus performante (batterie de 60kWh soit 380km d’autonomie annoncés) était commercialisée à un prix comparable. La "costparity" entre VE et VT requiert non seulement une chute du prix des batteries mais aussi une forte augmentation des volumes – passer de séries de 10.000 à 1.000.000. Ce "grand bond en avant" serait en cours en Chine.
 
·       La croissance des ventes estimée à 25% pour 2017-2018H1 il y a un an, s’est révélée atteindre 40%. Le problème s’est déplacé du côté de l’offre. Dans l’UE, et en particulier dans certains pays avancés comme la Suède, les délais de livraison pour certains véhicules électrifiés sont supérieurs à 6 mois. Seuls Hyundai et Kia peuvent honorer les commandes. Le goulet d’étranglement se situe au niveau des batteries.
 
2.    Défis techno-économiques : produire des batteries en UE, assurer l’approvisionnement en matières premières, investir dans le système électrique
 
·       La demande mondiale pour les batteries(de type lithium-ion) devrait connaître une croissance annuelle moyenne de 24% d’ici 2025, passant d’environ 70.000MWh en 2017 à 400.000MWh en 2025 : une multiplication par plus de 5 des besoins – dont les ¾ iraient servir la demande chinoise.
En termes de montants, ce marché devrait passer de 20G$ en 2017 à 70G$ en 2025.
 
Source : Avicenne 2018
 
La production de batteries est une faiblesse stratégique européenne : moins de 1% de la production mondiale – dont 97%, composants inclus, est concentrée en Asie.
Si la moitié des ventes de VN en UE doivent être "électrifiées" d’ici 2030, 8M de voitures devront être équipées de batteries. Si la moitié sont des BEV (avec une capacité installée de 50kWh) et l’autre des PHEV (10kWh requis), une capacité de production de batteries de 240GWh/an est nécessaire, l’équivalent de 8 gigafactories Tesla.
 
A l’heure actuelle des capacités de production totalisant 16GWh sur 3 projets sont en cours d’installation en Europe centrale (investissements sud-coréens), à quoi s’ajoute le projet Northvolt en Suède – 32GWh à horizon 2023.
Ce projet de gigafactorylancé par un ancien de Tesla est soutenu par Siemens, ABB, et Scania. L’’investissement s’élèverait à 3,5-4G€. L’objectif est également de mettre en place une usine de batteries "écologique" – alimentée aux ENR, approvisionnement en minerais "soutenable", pensée pour le recyclage.
D’autres projets en sont au stade de l’annonce, notamment TerraE en Allemagne – gigafactory de 34GWh de capacité.
 
 
 
Christian Berggren avance six raisons militant pour developer une production "européenne" de batteries:
1.    Garantir l’approvisionnement et une logistique efficace
2.    Conserver la maîtrise de la R&D
3.    Compenser la perte des emplois liés au déclin du véhicule thermique
4.    Assurer une production de batteries sobre en émissions de CO2 – le processus est gourmand en énergie or les émissions moyennes liées à la production électrique en Asie sont le double de celles de l’UE
5.    Contrôler un amont de la filière – l’activité minière, largement localisée en Afrique - "soutenable" et "éthique"
6.    Penser l’intégration des systèmes, de la conception au recyclage en passant par le contrôle des circuits commerciaux et des process productifs
 
·       L’approvisionnement en minerais ainsi quele recyclage des batteries constituent un deuxième défi techno-économique de taille. La production des batteries de VE est fortement tributaire de 4 métaux/minerais : cuivre, nickel, lithium, cobalt.
 
Ces minerais représenteraient 20% du coût de production des batteries – et cette part est en augmentation – et leur approvisionnement pose problème à moyen terme.
La présentation examine la pression qu’exercerait sur l’extraction de ces métaux et minerais "l’électrification" de 50% des ventes d’automobiles neuves.
 
 
Christian Berggren dans l’ensemble ne semblait pas inquiet pour l’approvisionnement – même s’il semble très difficile de conjecturer sur les évolutions descours, qui auront évidemment un impact substantiel sur les coûts de production. On constate qu’une très forte augmentation de la production (x4-5) serait requise pour le lithium.
 
 
Ainsi :
 
1.    Le prix du cobalt a oscillé entre $29.000 et $38.000 la tonne entre 2014 et 2017. En 2018, il est coté 80.000$/T.
Il est espéré qu’une réduction des besoins en cobalt permettrait d’éviter une augmentation des besoins d’extraction homothétique à celle de la production de batteries - l’extraction étant largement localisée en RDC, avec les problèmes associés, et dominée par la Chine. L’ouverture de nouvelles mines exige des prix durablement élevés, y participer signifiera sans doute de payer un ticket d’entrée élevé pour les acteurs européens, rendu néanmoins nécessaire par les faibles perspectives en matière de recyclage à horizon 2030.
 
2.    Le prix du nickel a fortement chuté depuis 2014 (passé de 18.000 à 9000 $/T) en raison des surcapacités. Mais le nickel sera nécessaire à la substitution du cobalt et ses besoins pour les batteries automobiles passeront de 30kT en 2016 à 500kT en 2025, ce qui exigerait d’accroître de 20 à 30% la production – l’industrie extractive investira-t-elle à temps pour répondre à cette demande future, dans le contexte actuel de chute des prix ?
 
3.    Le lithium a triplé depuis 2014 (passé de 5.400 à 16.500$/t) : paradoxalement la montée en puissance prévue des capacités extractives devrait permettre de répondre à la demande et de faire baisser les prix.
Rapidement se posera la question du recyclage. La directive communautaire sur les batteries exige la collecte de 95% des batteries et le recyclage de 50% de leur contenu. Les prix de marché rendent le recyclage des cuivre, nickel et cobalt, intéressants. En revanche, les procédés ne sont pas au point pour le recyclage du lithium.
 
·       Ultime défi, l’adaptation du système électrique (commentaire : dont il est régulièrement apparu qu’il ne se posait pas partout en termes également préoccupants : les acteurs de l’approvisionnement électrique en France le voient davantage comme un surplus d’activité pour lequel le secteur dispose déjà de l’essentiel des capacités de production requises).
 
Sur l’hypothèse de 50% des ventes de VN électrifiées en 2030, il devrait y avoir à cette date 40M de VE (50% BEV, 50% PHEV) sur les routes en Europe : ceci devrait susciter un accroissement de 4% de la demande moyenne d’électricité. Au même moment, les vieilles centrales nucléaire et à charbon devraient être mises à la retraite. L’adaptation à la croissance de la demande électrique liée au déploiement du VE requerra donc une planification ajustée des investissements dans les réseaux.
 
La recharge à domicile est essentielle– la recharge rapide devant demeurer marginale. Une étude norvégienne souligne que 95% des besoins seront traités par de la recharge lente à bas tarif, sur la base du réseau de distribution existant.
 
Des investissements seront nécessaires en matière de smart grid(gestion, mesure, renforcement des capacités) afin de gérer la pression des pics de recharge sur les réseaux locaux.
 
Un des instruments essentiels réside dans les standards de construction appliqués à l’immobilier neuf et locatif, de surcroît les premiers détenteurs de VE sont et seront des propriétaires de maisons individuelles. Il faudra ensuite installer des infrastructures de recharge dans l’immobilier collectif. Des directives communautaires pour le secteur de l’immobilier et de la construction sont donc nécessaires.
 
 
3.    "Mandat zéro émission", production de batteries, standards : l’impératif de politiques publiques réglementaires et industrielles
 
·       Le rapport suggère de passer de politiques locales à une politique de niveau communautaire.
 
Les politiques actuelles sont une combinaison d’incitations "locales" (ou nationales) à l’achat de VE et de la réglementation communautaire sur les émissions de CO2 qui permet aux constructeurs de vendre des véhicules PHEV dont les émissions sont supérieures à 130g/km ("super credits")
 
Le rapport suggère de mettre en place une réglementation forçant les constructeurs à produire et vendre une proportion croissante de véhicules zéro émission ("zeroemission mandate"). Un BEV vendu apporterait 1 point ou crédit au constructeur, un PHEV avec une autonomie de batterie de 50km, 0,5 point ou crédit. Pour atteindre ces 50% de ventes VE d’ici 2030 les constructeurs devraient donc gagner 37,5 points ou crédit pour 100 ventes.
Chrisitan Berggren suggère en revanche de supprimer la "prime" des "super credits").
 
·       Standards et dispositifs incitatifs sont requis à divers niveaux : directives communautaires sur l’efficacité énergétique des véhicules vendus, taxation locale favorable au VE (mais pénalisant les batteries surdimensionnées – au-delà de 60-80kWh), zones urbaines ZE.
Des "initiatives" au niveau européen sont nécessaires pour encourager des investissements de grande échelle dans l’industrie des batteries – la dépendance aux importations asiatiques pouvant avoir des conséquences très sérieuses sur l’emploi, la sécurité d’approvisionnement, les compétences technologiques, et la "durabilité" d’ensemble de l’électrification du parc. (note : c’est un suédois qui le dit)
 
 
4.    En conclusion…
 
Quatre conditions sont rappelées pour que l’électrification massive du parc automobile soit réellement "soutenable" :
1.    Les modalités de production de l’électricité servant à la recharge des VE
2.    Les modalités de production de l’électricité servant à la production des batteries de VE
3.    La capacité des batteries doit demeurer raisonnable : les émissions sur cycle de vie des VE sont proportionnelles à leur puissance.
4.    Les métaux et minerais utilisés dans la production des batteries doivent à terme provenir du recyclage des cellules
 



 

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