Tackling upstream sectors in input-output models: the case study on the impact of critical raw materials for electric vehicles' batteries

The growing global demand for electric vehicles (EVs), driven by the necessity to decarbonize the transportation sector, has increased concerns with respect to the supply security of the critical raw materials powering the automotive industry. This research analyzes the upstream sectors involved in the production of battery electric vehicles (BEVs) through an Input-Output framework, focusing on the market structure of extraction and refining of critical materials, as well as battery and vehicle manufacturing: the impact of the criticalities correlated with these sectors is investigated over the European market. A Supply and Use model has been adopted to identify some key vulnerabilities and dependencies within the supply chain and the EU’s strategic sectors. The analysis is further integrated with the implementation of several scenario simulations, where relevant variables are assessed and tested: some of these include the EU’s trade partners for battery imports and the degree of European domestic supply of raw and processed materials. The results demonstrate that the Business-As-Usual Scenario (BAU) provides reliable price and footprints values compared to the actual market and technological development, displaying an average battery price of 97.5 €/kWh and a BEV price of 64752 €; as for footprints, BAU scenario observes an average of 70.6 kgCO2, eq/kWh, while BEVs stand around 108.6 kgCO2, eq/kWh. The Alternative Partner Scenario (AP) demonstrates a 22.8% price increase for EU’s batteries and a 7.4% increase in EU BEV price with respect to BAU Scenario: that is due to a worse overall economic development of the alternative partners in the BEV strategic industries; however an average 26,1% carbon footprint decrease for EU’s batteries and a 17.8% negative margin for BEVs demonstrate that the energy intensity and the electricity mix of the AP market partners is less impactful than that of BAU’s. Critical Raw Material Act Scenario (CRM) displays an average 11% carbon footprint drop in comparison with the BAU scenario. It also displays an average battery price increase of 4.4%, while EU BEVs observes a 12.9% price increase. A supplementary scenario was conducted to investigate the behavior of the model over the influence of single market partners as well as a sensibility analysis on increasing the degree of domestic material supply.

La crescente domanda globale di veicoli elettrici (EV), spinta dalla necessità di decarbonizzare il settore dei trasporti, ha aumentato le preoccupazioni riguardo alla sicurezza dell'approvvigionamento delle materie prime critiche che alimentano l'industria automobilistica. Questa ricerca analizza i settori a monte coinvolti nella produzione di veicoli elettrici a batteria (BEV) attraverso un framework Input-Output, concentrandosi sulla struttura del mercato dell'estrazione e della raffinazione dei materiali critici, nonché della produzione di batterie e veicoli: l'impatto delle criticità correlate a questi settori è studiato sul mercato europeo. È stato adottato un modello di fornitura e utilizzo per identificare alcune vulnerabilità e dipendenze chiave all'interno della catena di approvvigionamento e dei settori strategici dell'UE. L'analisi è ulteriormente integrata con l'implementazione di diverse simulazioni di scenario, in cui vengono valutate e testate le variabili rilevanti: alcune di queste includono i partner commerciali dell'UE per le importazioni di batterie e il grado di fornitura interna europea di materie prime e lavorate. I risultati dimostrano che lo Scenario Business-As-Usual (BAU) fornisce valori di prezzo e impronta affidabili rispetto all'effettivo sviluppo tecnologico e di mercato, mostrando un prezzo medio delle batterie di 97,5 €/kWh e un prezzo dei BEV di 64752 €; per quanto riguarda l'impronta, lo scenario BAU osserva una media di 70,6 kgCO2, eq/kWh, mentre i BEV si attestano intorno ai 108,6 kgCO2, eq/kWh. Lo Scenario dei partner alternativi (AP) mostra un aumento del prezzo delle batterie dell'UE del 22,8% e un aumento del prezzo dei BEV dell'UE del 7,4% rispetto allo Scenario BAU: ciò è dovuto a un peggiore sviluppo economico complessivo dei partner alternativi nelle industrie strategiche dei BEV; tuttavia, una diminuzione media dell'impronta di carbonio del 26,1% per le batterie dell'UE e un margine negativo del 17,8% per i BEV dimostrano che l'intensità energetica e il mix di elettricità dei partner di mercato dell'AP sono meno impattanti di quelli dello scenario BAU. Lo scenario Critical Raw Material Act (CRM) mostra una riduzione media dell'impronta di carbonio dell'11% rispetto allo scenario BAU. Inoltre, mostra un aumento medio del prezzo delle batterie del 4,4%, mentre i BEV dell'UE registrano un aumento del 12,9%. È stato condotto uno scenario supplementare per studiare il comportamento del modello rispetto all'influenza dei partner del mercato unico e un'analisi di sensibilità sull'aumento del grado di fornitura di materiali nazionali.