Mai 2024 - Motivées par des objectifs environnementaux ambitieux, les principales entreprises de pneumatique adoptent de plus en plus ce substitut au noir de carbone pour décarboner leurs chaînes de production et tirer le meilleur parti des pneus en fin de vie.
Comment les acteurs de la chaîne de valeur du noir de carbone peuvent-ils intégrer ce substitut dans leur “business model” et capturer la valeur de cette ressource inexploitée ?
Le noir de carbone et son substitut récemment mis au point, le noir de carbone récupéré
Le noir de carbone (carbon black en anglais, ou CB) est une matière première issue de la combustion incomplète de produits pétroliers lourds, également appelée noir de carbone vierge (vCB). Il est couramment utilisé dans les produits d'usage quotidien de couleur noire tels que les pneus de voiture. Son substitut, le noir de carbone récupéré (rCB), produit par pyrolyse thermique, présente une double opportunité. Tout d'abord, il fournit un moyen durable de recycler les pneus usagés dont le rCB est dérivé. Deuxièmement, il décarbonise la production de pneus, car la production de rCB génère cinq fois moins d'émissions de carbone que la production conventionnelle à base de combustibles fossiles (vCB).
La demande mondiale de noir de carbone en 2023 s'élève à environ 18 millions de tonnes par an. Le potentiel de substitution du rCB devrait augmenter au cours des prochaines années
Le marché européen du noir de carbone représente près de 15 % de la demande mondiale, estimée à environ 18 millions de tonnes par an en 2023. On estime que le rCB a le potentiel de remplacer 10% à 20 % des utilisations traditionnelles, bien que limité par sa qualité relativement inférieure pour un remplacement 1 pour 1 dans des cas d'utilisation spécifiques. Compte tenu de la consommation actuelle, cela pourrait représenter 250 à 550k tonnes par an rien qu'en Europe, soit une valeur de plusieurs centaines de millions d'euros. Les efforts de R&D en cours visent activement à améliorer les processus de production et même à améliorer le rCB pour le rendre adapté à un plus large éventail d'applications.
Un nouvel écosystème, motivé par un engagement en faveur du développement durable, est en train de prendre forme dans la chaîne d'approvisionnement des pneus en fin de vie
La chaîne d'approvisionnement initiale en noir de carbone impliquait trois acteurs : les fournisseurs et les raffineurs de pétrole, les producteurs de vCB et les utilisateurs finaux, qui comprenaient principalement des fabricants de pneus. L'introduction de rCB a remodelé cette chaîne d'approvisionnement, en ajoutant trois acteurs principaux : les producteurs et les entreprises de valorisation de rCB, les fournisseurs de pneus en fin de vie et les autorités réglementaires. Plusieurs fonds d'investissement ont joué un rôle de premier plan dans l'émergence de ce nouveau marché du rCB (par exemple, Niersberger, Antin Infrastructure Partners).
Plusieurs obstacles technologiques et réglementaires doivent encore être surmontés pour parvenir à un déploiement à grande échelle
Les principaux défis auxquels sont confrontés les producteurs de rCB consistent à garantir une qualité constante des produits, à remédier à l'état encore immature de la technologie de pyrolyse, à surmonter la lente adoption de nouveaux produits par l'industrie et à parvenir à la normalisation. L'introduction du comité ASTM D36 en 2017, avec son système de notation de la qualité rCB, marque une évolution positive vers la résolution de ces défis et la promotion de la coordination au sein de l'industrie.
Malgré l'ambition des producteurs de rCB et les partenariats stratégiques avec de grands noms de l'industrie, les capacités annoncées ne suffiront pas à répondre à la demande à moyen terme
Aujourd'hui, une douzaine d’acteurs du rCB produisent ensemble environ 20 kt par an de rCB. Les trois plus grands producteurs actuels sont Circtec (en partenariat avec Birla Carbon) aux côtés de Pyrum Innovations AG et Bolder Industries. Récemment, en mars 2023, la société suédoise Enviro, soutenue par Michelin et Antin Infrastructure Partners, a annoncé son ambition d'atteindre une capacité de traitement d'environ 38 kt par an de RCb d'ici 2030.
Cependant, la capacité installée actuelle (~20 kt par an) et la capacité supplémentaire annoncée (~232 kt par an) sont insuffisantes pour répondre à la demande estimée de noir de carbone récupéré en Europe (250-550 kt par an).
L'état actuel du secteur pose de nombreuses questions à tous les acteurs concernés, afin d'assurer son succès, en premier lieu sa capacité à conclure des contrats d’off-take à long terme et à augmenter avec succès les capacités de production, réduisant ainsi les risques commerciaux et technologiques pour les investisseurs.
Le noir de carbone est une matière première issue de la combustion incomplète de produits pétroliers lourds, communément appelée noir de carbone vierge. Il a de nombreuses applications dans le caoutchouc, les peintures et les revêtements, et constitue un élément clé de divers articles du quotidien tels que les câbles de chargement, les housses de téléphone et l'encre pour stylos. L'une des principales applications du noir de carbone concerne les pneus de voiture, pour lesquels il sert à la fois de pigment noir et de matériau de remplissage.
Son substitut, le noir de carbone récupéré (rCB), développé par un procédé de pyrolyse thermique, offre deux opportunités :
- Tout d'abord, il fournit un moyen durable de recycler les pneus usagés dont le rCB est dérivé. Les pneus usagés, dont la durée de vie est d'environ cinq ans (50 000 km), contribuent de manière significative au flux mondial de déchets, avec plus de 1,5 milliard de déchets jetés chaque année, constituant une ressource potentielle inexploitée importante et disponible. En Europe, en 2019, 95 % des 3,5 millions de tonnes de pneus en fin de vie destinées aux passagers ont été collectées. Ce taux de collecte élevé est attribué au système de gestion des pneus en fin de vie introduit en Europe en 2006, qui confère aux fabricants de pneus la responsabilité de la collecte et du recyclage des pneus en fin de vie. La technologie de pyrolyse thermique développée par plusieurs producteurs de pneus et start-up permet de réutiliser les pneus en fin de vie en produisant du rCB et en créant ainsi une boucle de recyclage durable des pneus.
- Deuxièmement, le noir de carbone récupéré est un levier pour décarboniser la chaîne de production des pneus, car la production de rCB génère cinq fois moins d'émissions de carbone que la production conventionnelle à base de combustibles fossiles (vCB). Par exemple, la production d'un pneu de véhicule requiert en moyenne 30 % de noir de carbone. Cela génère 10 kg de CO2 lorsqu'il est produit à partir de noir de carbone vierge, contre seulement 2 kg de CO2 lorsqu'il est produit à partir de noir de carbone récupéré. En outre, il y a de fortes attentes vis-à-vis du secteur en matière de réutilisation des pneus, ce qui peut aussi permettre de réduire les risques associés à l'approvisionnement en noir de carbone vierge. L'embargo imposé à la Russie suite à l'invasion de l'Ukraine a été dans le secteur un rappel de l'importance stratégique du rCB pour garantir la résilience de la chaîne d'approvisionnement et soutenir la transition du secteur vers des pratiques de production plus durables. A partir de Juillet 2024, les imports de noir de carbone de Russie (30% des imports de UE) seront interdits.
La taille du marché mondial du noir de carbone est estimée à environ 17,9 millions de tonnes par an en 2023, pour une valeur d'environ 18 à 20 milliards de dollars. Cette taille de marché est principalement liée à l'industrialisation de la région Asie-Pacifique (APAC) et à la force de l'industrie automobile en Amérique du Nord. En Europe, la demande de noir de carbone est estimée à environ 2,7 millions de tonnes, soit environ 3 milliards de dollars et 15 % de la demande globale.
Le noir de carbone récupéré constitue une alternative durable au noir de carbone vierge et a le potentiel de remplacer 10 à 20 % du noir de carbone vierge (en raison de sa qualité inférieure), soit l'équivalent de 250 à 550 kt par an de rCB en Europe (~265 à 530 millions de dollars).
Cependant, cette substitution est limitée par la qualité inférieure de rCB par rapport au vCB. Garantir la qualité dans la durée des produits est le principal défi auquel sont confrontés les producteurs de rCB. La consistance des produits est la principale exigence des clients car elle permet l'intégration parfaite du rCB dans les processus industriels. Un manque de contrôle sur les matières premières peut entraîner des variations importantes de la qualité en sortie du rCB. De plus, fournir du rCB de haute qualité (sans fibres/débris) constitue un autre défi car cela détermine l'adéquation à certaines applications spécifiques. Par exemple, un niveau élevé d'impuretés (cendres et silice) peut empêcher son utilisation pour les applications de bandes de roulement de pneumatiques.
Pour relever ces défis, un contrôle strict des matières premières, des tests de laboratoire approfondis et le développement de nouvelles technologies sont essentiels.
Les recherches en cours visent à améliorer les processus de production et la qualité du rCB afin d'élargir sa gamme d'applications. Les récents développements indiquent notamment une évolution vers l'utilisation de matériaux durables dans les pneus. Par exemple, les pneus MotoE 2022 de Michelin ont intégré 40 % de matériaux durables tout en répondant à des critères de sécurité et de performance, notamment à des vitesses atteignant 250 km/h. Cela témoigne de l'amélioration continue de la qualité du rCB.
En 2017, le comité ASTM D36 a établi un système d'évaluation de la qualité du noir de carbone récupéré entre N900 et N100 (de la pire à la meilleure qualité). Le rCB et le vCB peuvent tous deux être utilisés dans les applications de produits mécaniques en caoutchouc et de carcasse de pneus (N900<->N500). Cependant, le rCB pur ne peut être utilisé dans les bandes de roulement des pneus (N300<->N100) que s'il est soumis à des processus de valorisation. Les applications spécialisées telles que les toners, les encres ou les polymères (classés au-dessus de N100) ne sont toujours pas accessibles au rCB en raison des exigences de haute qualité.
Dans l'ensemble, le spectre d'application du rCB s'élargit, grâce aux progrès réalisés dans les processus de mise à niveau et de valorisation du rCB, le rapprochant progressivement des applications du vCB.
La chaîne d'approvisionnement du noir de carbone comprend diverses parties prenantes et s'est récemment complexifiée avec l'émergence de rCB et l'intérêt qu'il a suscité. À l'origine, les utilisateurs finaux du noir de carbone (fabricants de pneus, de caoutchouc, de produits chimiques, de plastiques et d'encre) achetaient du vCB auprès de fabricants tels que Cabot, Birla Carbon et Orion, qui s'approvisionnent en matières premières auprès de raffineries de pétrole. L'introduction du noir de carbone récupéré a remodelé cette chaîne de valeur, en ajoutant trois acteurs principaux : les fournisseurs de matières premières, les producteurs et les entreprises de valorisation de noir de carbone.
Les producteurs de noir de carbone récupéré peuvent être classés en trois groupes :
- Les producteurs de rCB brut fournissent du charbon pour pneus à faible valeur, qui nécessite un post-traitement et un raffinage pour répondre aux besoins du marché du noir de carbone.
- Les producteurs de rCB post-traité, eux-mêmes pouvant être classés en deux sous-catégories : les acteurs intégrés possédant la technologie de pyrolyse pour la récupération des huiles et du rCB ; et les opérateurs "pure players" qui possèdent l'usine qu'ils exploitent mais obtiennent une licence auprès des fournisseurs de technologies pour mener à bien le processus de fabrication.
- Les entreprises de valorisation du rCB récupèrent du rCB brut et post-traité et utilisent des méthodes d'activation du carbone et de lixiviation des cendres pour améliorer la qualité du rCB, produisant ainsi du rCB de grande valeur, adapté pour des applications spécialisées.
Deux modèles de partenariats stratégiques ont vu le jour pour améliorer l'accès au rCB pour les clients finaux, notamment Michelin, Goodyear et Pirelli, qui sont également des consommateurs de vCB.
- Tout d'abord, les collaborations entre les fabricants de vCB et de rCB ont permis aux acteurs du rCB de tirer parti de l'accès au marché des acteurs du vCB, tandis que les acteurs du vCB peuvent s'aligner sur les objectifs de durabilité. L'accord à long terme entre Birla Carbon et Circtec depuis 2021 illustre ce type de partenariat.
- Deuxièmement, des partenariats commerciaux entre les producteurs de rCB et les utilisateurs finaux ont été établis pour faciliter le co-développement, mieux répondre aux exigences des clients et, surtout, sécuriser les achats de rCB au moins lors de la mise sur le marché initiale. Un exemple d'un tel partenariat est la collaboration entre le fabricant de pneus suédois Enviro Systems, soutenu par Antin Infrastructure Partners, et Michelin, qui a récemment annoncé la création d'une coentreprise assortie de contrats d'acquisition sécurisés d'une durée de 5 à 10 ans avec des fabricants de pneus de premier plan (Michelin, Nokian Tyres, Preem, etc). Outre les producteurs de rCB, la chaîne de valeur du noir de carbone intègre désormais des recycleurs de pneus en fin de vie, qui fournissent aux producteurs de rCB les matières premières nécessaires. En Europe, ces entités de recyclage sont des organisations à but non lucratif financées par des producteurs et des importateurs de pneus. Ils collectent une écocontribution qui, en 2023, s'élève à 1,40€ par pneu de voiture transformé, déduite de la vente initiale de pneus.
Pour remplir leurs obligations en matière de gestion des pneus en fin de vie, les principaux fabricants de pneus tels que Bridgestone, Continental, Goodyear, Pirelli et Michelin ont créé des organisations à but non lucratif dans les pays où ils opèrent pour superviser la collecte des pneus usagés. Parmi ces organisations, on peut citer Aliapur en France (fondée en 2003) ou Ecopneus Scpa en Italie (fondée en 2011). Ce système de collecte efficace, avec un taux de collecte de près de 95 %, a été mis en place en réponse aux directives européennes faisant des acteurs publics chargés de la régulation un autre acteur important de la chaîne de valeur du noir de carbone. L'une des entités publiques les plus influentes qui supervisent cette chaîne est la DG Environnement de l'Union européenne, qui a introduit diverses directives au fil des ans. En 1999, elle a interdit la mise en décharge de pneus usagés ; en 2000, elle a mis en œuvre des mesures visant à empêcher la production de déchets provenant des véhicules et de leurs composants, et en 2006, elle a introduit le système de responsabilité élargie des producteurs, qui rend les producteurs de pneus responsables de la gestion des pneus usagés.
Les sociétés de gestion des déchets telles que Veolia et Suez jouent un rôle crucial dans ce processus de collecte des pneus, en collaborant avec des garages, des centres de recyclage dédiés, des décharges publiques et des stations-service pour fournir des pneus usagés aux producteurs de rCB.
Marubeni est également rentré dans le marché du rCB en Février 2024 avec l’acquisition de l’entreprise allemande rCBNano, construisant actuellement une usine de purification chimique pour produire du noir de carbone récupéré pour être utilisés dans les pneus. Marubeni prévoit de consolider et structurer une chaîne d’approvisionnement soutenable des matériaux aux pneus.
Enfin, l'intérêt manifesté par divers fonds d'investissement pour ce substitut émergent, associé à des partenariats stratégiques impliquant des acteurs de premier plan de l'industrie, soulignent l'importance croissante de ce nouveau produit. Par exemple, le producteur de rCB post-traité, Klean Carbon, a collaboré avec le groupe Niersberger, la principale société européenne d'ingénierie et de construction de biogaz, pour développer une technologie de pyrolyse à l'échelle commerciale au sein de l'Union européenne.
Les engagements de producteurs de pneus sur l’usage du recyclage et de matériaux durables va augmenter la demande de noir de carbone récupéré, et l’intérêt d’autres nouveaux entrants :
- Michelin et Bridgestone ont partagé un communiqué commun avec un objectif de 100% d’usage de produits durables dans la production de pneus d’ici 2050
- Fabien Gaboriaud, Senior Vice President of Sustainable Materials & Circularity chez Michelin annoncé « un objectif de 40% de matériaux recyclés et renouvelables d’ici 2030 ».
Alors que le marché du noir de carbone récupéré semble être un marché prometteur et dynamique, plusieurs défis entravent son expansion, principalement en raison de son manque de maturité technique.
L'un des principaux obstacles concerne le niveau de maturité technologique (TRL) des différentes technologies de pyrolyse, qui est encore trop immature pour une commercialisation à grande échelle (TRL-9). En effet, la plupart sont considérés comme des systèmes de démonstration (TRL-7) ou des premiers systèmes commerciaux du genre (TRL-8).
La lenteur de l'intégration de rCB dans les nouveaux produits par l'industrie constitue un autre obstacle à l'expansion de rCB. En effet, le processus de développement de nouveaux produits à partir de noir de carbone récupéré ou de leur intégration dans des produits existants a pris beaucoup de temps, souvent une décennie ou plus, comme on le voit dans l'industrie du pneu. Les initiatives de développement durable des entreprises, telles que l'engagement de Michelin à intégrer 40% de matériaux recyclés et durables dans la production de nouveaux pneumatiques d’ici 2030, et 100 % en 2050, devraient accélérer l'adoption du noir de carbone récupéré dans l'industrie du caoutchouc en tant que substitut viable au noir de carbone vierge.
Enfin, il y a un manque de normalisation en termes de tests et de classification des produits pour le rCB. En 2017, le comité ASTM D36 a été créé pour définir les différences entre le charbon, le noir de carbone, le noir de carbone brut récupéré et le noir de carbone récupéré. En outre, des sous-comités ont été créés pour élaborer des normes de qualité et de sécurité pour les produits à base de noir de carbone récupéré, ainsi que la terminologie, les directives, les pratiques et les méthodes d'essai.
Cela a conduit à la création d'un système d'évaluation qui classe la qualité du noir de carbone récupéré sur une échelle allant de N900 à N100, déterminant ainsi son adéquation à diverses applications. Bien que ce système de notation facilite les échanges entre les producteurs et les acheteurs, les nombreuses distinctions au sein des gammes N900 et N100 peuvent compliquer le système et ralentir le développement de produits standardisés.
Aujourd'hui, en Europe, une douzaine d’acteurs tentent de répondre à la demande de rCB. Ensemble, ils ont une capacité de production opérationnelle d'environ 20 kt par an. Le plus grand producteur est Circtec, un acteur intégré qui a noué un partenariat stratégique avec un important producteur de vCB, Birla Carbon. Un autre producteur de rCB est la société cotée Pyrum Innovations AG, qui s'est récemment associée à BASF SE (le principal groupe chimique) et à Suez (groupe Veolia - gestion de l'eau et des déchets). Pyrum se positionne comme un acteur important sur le marché du rCB, avec pour objectif de quadrupler sa capacité de production d'ici 2030.
La société suédoise Enviro Systems est un autre acteur notable de la production de rCB. L'entreprise a pour objectif de construire cinq usines en Europe d'ici 2030 dans le but de gérer un tiers des pneus usagés en Europe, ce qui se traduirait par une production annuelle de près de 70 kt de rCB. En parallèle, Enviro a communiqué récemment sur un objectif plus large d’atteindre 1000kt de pneus recyclés, soit environ 300kt de rCB, mais sans identifier de dispositif industriel précis à ce stade.
Parmi les pure players figurent la société danoise Elysium Nordic et la société anglaise Wastefront. Bien que leurs installations soient encore en phase de développement, ils prévoient une augmentation de leurs capacités de production. Elysium Nordic prévoit une capacité de production annuelle de 12 kt par an, tandis que Wasterfront vise une capacité de production annuelle d'environ 23 kt par an.
Malgré la présence de ces entreprises impliquées et de nombreux partenariats, l'offre actuelle de rCB est nettement inférieure à la demande existante en Europe. L'offre actuelle se situe à environ 20 kt par an, tandis que la demande varie entre 250 et 550 kt par an. Les futures expansions potentielles des acteurs les plus ambitieux tels qu'Enviro pourraient réduire l'écart entre l'offre et la demande attendue, sans pour autant la satisfaire entièrement à moyen-terme.
Après avoir démarré à un rythme progressif, l'industrie accélère maintenant et passe aux étapes de l'industrialisation et de la commercialisation. Un regain d'intérêt est attendu à mesure que le secteur se développe, comme en témoigne l'émergence d'engagements à long terme et de contrats d’off-take, permettant le déploiement massif de technologies, processus actuellement en cours.
Compte tenu de la dynamique croissante de la demande, des installations existantes et des capacités supplémentaires annoncées à court terme et des ambitions à long terme, on peut s'attendre à ce qu'une partie de la demande ne soit pas satisfaite. Cet écart représente une opportunité intéressante pour les nouveaux entrants sur le marché et les investisseurs. Les défis immédiats à relever incluent la mise en place d'un cadre favorable à un engagement durable et l'atteinte de la maturité technologique nécessaire à un déploiement à grande échelle, deux éléments essentiels pour que le plein potentiel du secteur soit réalisé.
Le noir de carbone récupéré en est toujours à ses débuts et montre des signes de croissance prometteurs à moyen-terme, car il s’agit d’un des principaux leviers de décarbonation pour l’industrie du pneu.
L’industrie devrait décoller une fois que les principaux défis réglementaires et industrielles seront levés, en particulier à travers la standardisation du marché et des cibles et des mécanismes de durabilité, auxquels la plupart des efforts sont dédiés aujourd’hui.
Dans ce contexte, plusieurs questions peuvent se poser pour les acteurs souhaitant entrer sur ce marché :
Pour les fournisseurs de pneus en fin de vie et les entreprises de gestion des déchets
- Qui seront les principaux acteurs de ce marché émergent ?
- Quels sont les moyens les plus efficaces pour capter des volumes suffisants de pneus en fin de vie ?
Pour les fournisseurs de technologies et les fabricants de rCB
- Quels sont les critères clés d’achats et les stratégies gagnantes pour commercialiser le rCB efficacement ?
- Quelles technologies émergentes ou innovations pourraient disrupter l’industrie du rCB ?
- Comment relever les défis liés à l’obtention d’une source d’approvisionnement constante en pneus en fin de vie, et quelles stratégies devraient être mises en place pour atténuer les risques d’approvisionnement ?
- Quels sont les prérequis nécessaires pour soutenir l’accélération de la production de rCB, indispensable pour l’industrie ?
Pour les producteurs de noir de carbone conventionnel
- Quel impact a la révolution rCB sur la compétitivité des producteurs de CB conventionnel et leur portefeuille produit ?
- Comment les partenariats avec des fournisseurs de pneus en fin de vie, les fabricants de rCB et les acheteurs pourraient-ils être structurés et financés ?
- Quels acteurs du rCB sont pertinents et ouverts à un partenariat ?
Pour les fabricants de pneus
- Quels sont les principales tendances d’adoption du noir de carbone récupéré dans les produits futurs, ainsi que les facteurs clés qui influencent le processus de prise de décision ?
- Quels standards de qualité et de performance sont demandés aux fabricants de rCB pour permettre une substitution et une intégration dans les produits futurs efficaces ?
- Comment sécuriser l’approvisionnement en noir de carbone (dans le contexte géopolitique actuel), et en quoi le noir de carbone recyclé est-il un levier ?
Pour les régulateurs
- Comment les cadres réglementaires peuvent-ils être optimisés pour faciliter la croissance durable du marché du rCB ?
- Quels mécanismes peuvent être mis en œuvre pour assurer la conformité avec les objectifs de durabilité et la standardisation de ce marché ?
