Abstrait:L'auteur analyse la situation de la production et de la consommation de coke d'aiguille dans notre pays, les perspectives de son application dans l'industrie des électrodes en graphite et des matériaux d'électrodes négatives, afin d'étudier les défis du développement du coke d'aiguille pour l'huile, notamment la pénurie de ressources en matières premières, la qualité insuffisante, l'évaluation des applications à cycle long et à surcapacité, l'augmentation de la recherche sur la segmentation des produits, l'application, les mesures de performance, telles que les études d'association pour développer un marché haut de gamme.
Selon la provenance des matières premières, le coke d'aiguilles se divise en deux catégories : le coke d'aiguilles d'huile et le coke d'aiguilles de charbon. Le coke d'aiguilles d'huile est principalement produit à partir de la suspension de FCC par raffinage, hydrodésulfuration, cokéfaction différée et calcination. Ce procédé, relativement complexe, requiert une technicité élevée. Le coke d'aiguilles se caractérise par une teneur élevée en carbone, une faible teneur en soufre, en azote et en cendres, et présente d'excellentes propriétés électrochimiques et mécaniques après graphitisation. Il s'agit d'un matériau carboné anisotrope de haute qualité, facilement graphitisable.
Le coke d'aiguille est principalement utilisé pour les électrodes en graphite à très haute puissance et les matériaux de cathode des batteries lithium-ion. Dans le cadre des objectifs stratégiques de « pic carbone » et de « neutralité carbone », les pays continuent de promouvoir la transformation et la modernisation des industries sidérurgique et automobile, ainsi que l'ajustement de leur structure industrielle. Ils encouragent également l'application de technologies économes en énergie, à faible émission de carbone et respectueuses de l'environnement, notamment pour la production d'acier au four à arc électrique et le développement rapide des véhicules à énergies nouvelles. La demande en coke d'aiguille brut croît donc rapidement. À l'avenir, les industries en aval du coke d'aiguille devraient connaître un fort développement. Cet article analyse l'état actuel et les perspectives d'utilisation du coke d'aiguille dans les électrodes en graphite et les matériaux d'anode, et propose des pistes de solution pour assurer la pérennité de l'industrie du coke d'aiguille.
1. Analyse de la production et du sens d'écoulement du coke d'aiguille
1.1 Production de coke en aiguille
La production de coke d'aiguille est principalement concentrée dans quelques pays, tels que la Chine, les États-Unis, le Royaume-Uni, la Corée du Sud et le Japon. En 2011, la capacité de production mondiale de coke d'aiguille était d'environ 1 200 kt/an, dont 250 kt/an pour la Chine. On ne comptait alors que quatre producteurs chinois de coke d'aiguille. D'après les statistiques de Sinfern Information, la capacité de production mondiale de coke d'aiguille devrait atteindre environ 3 250 kt/an d'ici 2021, et la production chinoise devrait atteindre environ 2 240 kt/an, soit 68,9 % de la capacité mondiale. Le nombre de producteurs chinois de coke d'aiguille devrait quant à lui passer à 21.
Le tableau 1 présente la capacité de production des 10 principaux producteurs mondiaux de coke d'aiguille, pour une capacité totale de 2 130 kt/an, soit 65,5 % de la capacité de production mondiale. Du point de vue de la capacité de production mondiale des entreprises de coke d'aiguille, les producteurs de coke d'aiguille de la série pétrolière sont généralement de taille relativement importante, avec une capacité de production moyenne de 100 à 200 kt/an par usine, tandis que la capacité de production de coke d'aiguille de la série charbonnière n'est que d'environ 50 kt/an.
Dans les prochaines années, la capacité de production mondiale de coke d'aiguille continuera d'augmenter, principalement en Chine. La capacité de production chinoise de coke d'aiguille, planifiée ou en construction, s'élève à environ 430 kt/an, ce qui aggrave la situation de surcapacité. Hors de Chine, la capacité de production de coke d'aiguille reste globalement stable, la raffinerie russe OMSK prévoyant de construire une unité de 38 kt/an en 2021.
La figure 1 présente la production de coke d'aiguille en Chine au cours des cinq dernières années. Comme le montre cette figure, la production de coke d'aiguille en Chine a connu une croissance fulgurante, avec un taux de croissance annuel composé de 45 % sur cinq ans. En 2020, la production totale de coke d'aiguille en Chine a atteint 517 kt, dont 176 kt de coke de charbon et 341 kt de coke de pétrole.
1.2 Importation de coke en aiguilles
La figure 2 présente l'évolution des importations de coke d'aiguille en Chine au cours des cinq dernières années. Comme le montre cette figure, avant l'épidémie de COVID-19, le volume des importations de coke d'aiguille en Chine avait fortement augmenté, atteignant un niveau record de 270 kt en 2019. En 2020, en raison du prix élevé du coke d'aiguille importé, de la baisse de compétitivité, des stocks portuaires importants et de la propagation continue de l'épidémie en Europe et aux États-Unis, le volume des importations chinoises de coke d'aiguille n'a atteint que 132 kt, soit une baisse de 51 % par rapport à l'année précédente. Selon les statistiques, sur les importations de coke d'aiguille en 2020, 27 500 tonnes représentaient une quantité de coke d'aiguille à base d'huile, en baisse de 82,93 % par rapport à l'année précédente. La quantité de coke d'aiguille mesurée pour le charbon s'élève à 104,1 kt, soit 18,26 % de plus que l'année dernière. La principale raison est que le transport maritime entre le Japon et la Corée du Sud est moins affecté par l'épidémie. Deuxièmement, le prix de certains produits en provenance du Japon et de la Corée du Sud est inférieur à celui de produits similaires en Chine, et le volume des commandes en aval est important.
1.3 Sens d'application du coke d'aiguille
Le coke d'aiguille est un matériau carboné de haute qualité, principalement utilisé comme matière première pour la production d'électrodes en graphite à très haute puissance et de matériaux d'anode en graphite artificiel. Ses principales applications sont la sidérurgie au four à arc électrique et les batteries pour véhicules à énergies nouvelles.
La figure 3 illustre l'évolution des applications du coke d'aiguille en Chine au cours des cinq dernières années. Les électrodes en graphite représentent le principal domaine d'application, et la demande y connaît désormais une croissance relativement stable, tandis que celle des matériaux d'électrodes négatives continue de progresser rapidement. En 2020, la consommation totale de coke d'aiguille en Chine (stocks inclus) s'élevait à 740 kt, dont 340 kt de matériaux d'électrodes négatives et 400 kt d'électrodes en graphite, soit 45 % de la consommation totale de matériaux d'électrodes négatives.
2.1 Développement de la production d'acier au four électrique à arc (eAF)
L'industrie sidérurgique est l'un des principaux émetteurs de carbone en Chine. Elle repose sur deux méthodes de production principales : le haut fourneau et le four à arc électrique. La production d'acier au four à arc électrique permet de réduire les émissions de carbone de 60 %, de recycler les déchets d'acier et de diminuer la dépendance aux importations de minerai de fer. L'industrie sidérurgique s'est engagée à jouer un rôle moteur dans l'atteinte des objectifs de « pic carbone » et de « neutralité carbone » d'ici 2025. Conformément à la politique nationale du secteur, de nombreuses aciéries remplaceront les convertisseurs et les hauts fourneaux par des fours à arc électrique.
En 2020, la production chinoise d'acier brut s'élevait à 1 054,4 millions de tonnes, dont environ 96 millions de tonnes d'acier produit par four à arc électrique (EAF), soit seulement 9,1 % du total. À titre de comparaison, la Chine représente 18 % de la moyenne mondiale, 67 % des États-Unis, 39 % de l'Union européenne et 22 % du Japon. Le potentiel de croissance est donc important. Selon le projet de « Plan d'orientation pour la promotion d'un développement de haute qualité de l'industrie sidérurgique » publié par le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information le 31 décembre 2020, la part de la production d'acier eAF dans la production totale d'acier brut devrait atteindre 15 à 20 % d'ici 2025. L'augmentation de la production d'acier eAF entraînera une hausse significative de la demande en électrodes de graphite à très haute puissance. L'évolution des fours à arc électrique en Chine s'oriente vers des modèles haut de gamme et à grande échelle, ce qui engendre une demande accrue d'électrodes de graphite de grande dimension et à très haute puissance.
2.2 État de la production d'électrodes en graphite
L'électrode en graphite est un consommable essentiel à la production d'acier au four à arc électrique (eAF). La figure 4 illustre la capacité et la production d'électrodes en graphite en Chine au cours des cinq dernières années. La capacité de production est passée de 1 050 kt/an en 2016 à 2 200 kt/an en 2020, soit un taux de croissance annuel composé de 15,94 %. Ces cinq années correspondent à une période de forte croissance de la capacité de production d'électrodes en graphite et à une phase de développement rapide de l'industrie. Avant 2017, cette industrie, traditionnellement énergivore et polluante, a vu les grandes entreprises chinoises réduire leur production, les PME fermer leurs portes, et même les géants internationaux du secteur cesser leur production, revendre leurs produits ou quitter le marché. En 2017, sous l'effet de la politique nationale d'élimination obligatoire des barres d'acier destinées aux fours à arc électrique, le prix des électrodes en graphite a fortement augmenté en Chine. Stimulé par des profits excessifs, le marché a connu une reprise et une expansion de sa production.
En 2019, la production d'électrodes en graphite en Chine a atteint un nouveau record ces dernières années, s'établissant à 1 189 kt. En 2020, elle a chuté à 1 020 kt en raison du ralentissement de la demande provoqué par l'épidémie. Globalement, l'industrie chinoise des électrodes en graphite souffre d'une importante surcapacité, et son taux d'utilisation est passé de 70 % en 2017 à 46 % en 2020, un niveau historiquement bas.
2.3 Analyse de la demande de coke d'aiguille dans l'industrie des électrodes en graphite
Le développement de l'acier eAF stimulera la demande d'électrodes en graphite à très haute puissance. On estime que cette demande atteindra environ 1 300 kt en 2025, tandis que celle de coke d'aiguille brut sera d'environ 450 kt. La production d'électrodes et de joints en graphite de grande taille et à très haute puissance s'avérant plus performante avec le coke d'aiguille à base de pétrole qu'avec celui à base de charbon, la part de ce dernier dans la demande d'électrodes en graphite augmentera, au détriment du coke d'aiguille à base de charbon.
Date de publication : 23 mars 2022