Vers des matériaux énergétiques durables : élargissement de l'analyse du cycle de vie pour le développement de technologies émergentes et des choix économes en ressources

Towards sustainable energy materials : broadening life cycle assessment for emerging technology development and resource-effective choices

• Auteur / Autrice : Edis Glogic
• Direction : Guido W. Sonnemann, Steven B. Young
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Physique
• Date : Soutenance le 09/12/2019
• Etablissement(s) : Bordeaux en cotutelle avec University of Waterloo (Canada)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Moléculaires (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Servant
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guido W. Sonnemann, Steven B. Young, Armin Reller, Jennifer Mckellar, Bertrand Laratte, Goretty Dias, Michael Tsang
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Armin Reller, Jennifer Mckellar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Environnement -- Études d'impact

Analyse du cycle de vie

Développement durable

Matériaux énergétiques

Mots clés libres

Matériaux durables

Évaluation environnementale

Analyse du cycle de vie

Sustainable materials

Environmental assessment

Life cycle assessment

Résumé

Les matériaux énergétiques sont particulièrement intéressants du point de vue du développement durable pour faire progresser les systèmes d’énergie renouvelable, notamment les énergies de production et de stockage. Leurs utilisations appropriées ainsi que leur développement requièrent une méthode d’évaluation quantitative. L’Analyse de Cycle de Vie (ACV) est une méthode qui soutient le développement durable par l’identification de priorités environnementales ainsi que par la comparaison de différentes technologies. Cette recherche vise à soutenir le développement des matériaux énergétiques et de faire de la méthode d'analyse du cycle de vie un outil plus pertinent pour l'évaluation environnementale à travers l’extension de son usage dans deux directions émergentes : l’évaluation des technologies au début de leur développement et le soutien des choix économes en ressources dans le contexte d'une économie circulaire.Les objectifs de recherche se focalisent sur le développement de l’information relatives aux technologies ainsi que sur la méthodologie d’identification des défis et opportunités par l’application de l’ACV sur trois études de cas de technologie énergétique à différents niveaux de maturité. Dans le premier cas d’étude, les piles alcalines, actuellement à haut niveau de maturité () sont évalué grâce à l’utilisation de l’ACV combiné avec un indicateur d’économie circulaire, l'indicateur de circularité du matériau (MCI). Le but était d’explorer une opportunité de couplage des deux méthodes ainsi que les compromis entre les indicateurs pour différentes stratégies de conception et de gestion de ces batteries. Dans le deuxième cas d’étude, les électrodes à base d’hydroxyde de nickel-cobalt, à présent à bas niveau de maturité (échelle de laboratoire) sont évaluées dans l’optique d’étudier des priorités environnementales des voies de synthèse favorables. Dans le troisième cas d’étude, les chargeurs organiques photovoltaïques portables pour petits équipements éléctroniques, actuellement à un niveau de maturité intermédiaire (échelle pilote), sont évalués pour remplacement du réseau électrique traditionnel pour le chargement de téléphones portables.

Energy materials are particularly important from a sustainability perspective for advancing renewable energy systems, including energy production and storage. Their appropriate use and development require quantitative assessment methods. Life Cycle Assessment (LCA) is a method to support sustainable development that can be used to identify environmental hotspots and compare different technologies. The purpose of this research is to support development of several energy materials and make LCA a more relevant tool for sustainability assessment by extending its use in two emerging directions: assessment of technologies at the early stage of development, and by supporting more resource-effective choices for a circular economy.The research objectives focus on informing the development of technologies and identifying methodological challenges and opportunities by applying LCA to three energy-technology case studies, each at a different technological maturity level. In the first case study, alkaline batteries, currently at a high maturity level (incumbent products), are evaluated using LCA in combination with a circular economy indicator, the Material Circularity Indicator (MCI). The aim was to investigate opportunities to combine the two methods, while considering trade-offs between indicators for different strategies for battery design and management. In the second case study, nickel-cobalt hydroxide charge storage electrodes, currently at a low maturity level (laboratory-scale), are evaluated to investigate environmental hotspots and preferred synthesis route. In the third case study, organic photovoltaic portable chargers for small electronics, currently at a medium maturity level (pilot-scale), are evaluated for replacing conventional electricity grid for charging a mobile phone.