مع التحول عن الوقود الأحفوري.. هذه البطاريات تغير قواعد اللعبة

نشر موقع "سايتك ديلي" تقريرا لجامعة تشالمرز للتكنولوجيا، أشار إلى أن الطلب على البطاريات يتزايد مع تحول المجتمع بعيدا عن الوقود الأحفوري.

وأضاف في التقرير الذي ترجمته "عربي21"، أنه من المرجح أن تؤدي هذه الزيادة إلى ندرة الليثيوم والكوبالت، وهي عناصر أساسية في أنواع البطاريات السائدة. ويمكن أن يكون الحل البديل هو بطاريات أيونات الصوديوم، التي تستخدم في المقام الأول ملح الطعام والكتلة الحيوية المشتقة من قطاع الغابات كمواد خام لها. 

الآن، أظهر باحثون من جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في السويد أن بطاريات أيونات الصوديوم هذه لها تأثير مناخي مكافئ لنظيراتها من أيونات الليثيوم - دون التعرض لخطر نفاد المواد الخام، وفقا للتقرير. 

ونقل التقرير عن ريكارد أرفيدسون، الأستاذ المشارك في تحليل النظم البيئية في جامعة تشالمرز، قوله إن "المواد التي نستخدمها في بطاريات المستقبل ستكون مهمة حتى نتمكن من التحول إلى الطاقة المتجددة وأسطول المركبات الخالية من الوقود الأحفوري". 

ووفقا لقانون المواد الخام الحيوية الصادر عن المفوضية الأوروبية، فإنه من المتوقع أن يزداد الطلب على مواد البطاريات الخام الحيوية بشكل كبير مع تحول دول الاتحاد الأوروبي إلى أنظمة الطاقة المتجددة والمركبات الكهربائية. وسيتطلب التحول الأخضر أيضا المزيد من الإنتاج المحلي للبطاريات وغيرها من التقنيات الجديدة الخالية من الوقود الأحفوري، كما أن هناك حاجة إلى إمدادات ثابتة من المواد الخام لتلبية الطلب. وفي الوقت نفسه، ينطوي هذا الإنتاج على مخاطر عالية لانقطاع الإمدادات، بسبب العدد المحدود من مصادر المواد الخام، حسب التقرير. 

وقال ريكارد أرفيدسون: "أصبحت بطاريات أيونات الليثيوم هي التكنولوجيا السائدة في العالم، وهي أفضل بالنسبة للمناخ من التكنولوجيا القائمة على الوقود الأحفوري، خاصة عندما يتعلق الأمر بالنقل. لكن الليثيوم يشكل عنق الزجاجة. لا يمكنك إنتاج بطاريات تعتمد على الليثيوم بنفس المعدل الذي تريد فيه إنتاج السيارات الكهربائية، ومن المحتمل أن يتم استنفاد المواد على المدى الطويل". بالإضافة إلى ذلك، يتم استخراج مواد البطاريات المهمة، مثل الليثيوم والكوبالت، إلى حد كبير في أماكن قليلة فقط في العالم، مما يشكل خطرا على الإمدادات. 

وأشار التقرير إلى أن تطوير تقنيات البطاريات الجديدة يتحرك بسرعة في البحث عن الجيل التالي من تخزين الطاقة المستدامة - والتي يفضل أن يكون لها عمر طويل، وأن تتمتع بكثافة طاقة عالية، وأن يكون من السهل إنتاجها. اختار فريق البحث في تشالمرز أن ينظر إلى بطاريات أيونات الصوديوم، التي تحتوي على الصوديوم - وهي مادة شائعة جدا توجد في كلوريد الصوديوم الشائع - بدلا من الليثيوم. وفي دراسة جديدة، أجروا ما يسمى بتقييم دورة حياة البطاريات، حيث قاموا بفحص تأثيرها الإجمالي على البيئة وعلى الموارد أثناء استخراج المواد الخام وتصنيعها. 

وقال ريكارد أرفيدسون: "لقد توصلنا إلى استنتاج مفاده أن بطاريات أيونات الصوديوم أفضل بكثير من بطاريات أيونات الليثيوم من حيث التأثير على ندرة الموارد المعدنية، وما يعادلها من حيث التأثير المناخي. اعتمادا على السيناريو الذي تنظر إليه، ينتهي الأمر بما يتراوح بين 60 إلى ما يزيد قليلا عن 100 كيلوجرام من مكافئ ثاني أكسيد الكربون لكل كيلووات ساعة سعة تخزين الكهرباء النظرية، وهو أقل مما تم الإبلاغ عنه سابقا لهذا النوع من بطاريات أيونات الصوديوم. من الواضح أنها تقنية واعدة". 

وحدد الباحثون أيضا عددا من التدابير التي لديها القدرة على تقليل التأثير المناخي بشكل أكبر، مثل تطوير إلكتروليت أفضل بيئيا، لأنه يمثل جزءا كبيرا من التأثير الإجمالي للبطارية، حسب ما أورده التقرير. ومن المتوقع بالفعل أن يتم استخدام بطاريات أيونات الصوديوم اليوم لتخزين الطاقة الثابتة في شبكة الكهرباء، ومع التطوير المستمر، من المحتمل أن يتم استخدامها أيضا في السيارات الكهربائية في المستقبل. 

وقال أرفيدسون: "يعد تخزين الطاقة شرطا أساسيا للتوسع في طاقة الرياح والطاقة الشمسية. وبالنظر إلى أن التخزين يتم في الغالب باستخدام البطاريات، فإن السؤال هو ما الذي ستصنع منه هذه البطاريات؟ إن الطلب المتزايد على الليثيوم والكوبالت يمكن أن يشكل عائقا أمام هذا التطور". 

والميزة الرئيسية لهذه التكنولوجيا هي أن المواد الموجودة في بطاريات أيونات الصوديوم وفيرة ويمكن العثور عليها في جميع أنحاء العالم. يحتوي أحد القطبين الكهربائيين في البطاريات - الكاثود - على أيونات الصوديوم كحامل للشحنة، بينما يتكون القطب الآخر - الأنود - من الكربون الصلب، والذي في أحد الأمثلة التي درسها باحثو تشالمرز يمكن إنتاجه من الكتلة الحيوية من صناعة الغابات. ومن حيث عمليات الإنتاج والجيو سياسة، تعد بطاريات أيونات الصوديوم أيضا بديلا يمكنه تسريع عملية الانتقال إلى مجتمع خالٍ من الوقود الأحفوري. 

وأضاف أرفيدسون: "يمكن للبطاريات التي تعتمد على مواد خام وفيرة أن تقلل من المخاطر الجيوسياسية والاعتماد على مناطق معينة، سواء بالنسبة لمصنعي البطاريات أو البلدان". 

الدراسة عبارة عن تقييم مستقبلي لدورة الحياة لخليتين مختلفتين من بطاريات أيونات الصوديوم، حيث يتم حساب التأثير البيئي والموارد من المهد إلى البوابة، أي من استخراج المواد الخام إلى تصنيع خلية البطارية. الوحدة الوظيفية للدراسة هي سعة تخزين الكهرباء النظرية 1 كيلو وات ساعة على مستوى الخلية. 

ووفقا للتقرير، فإن كلا النوعين من خلايا البطارية يعتمدان بشكل أساسي على المواد الخام الوفيرة. يتكون الأنود من الكربون الصلب إما من اللغنين الحيوي أو المواد الخام الأحفورية، ويتكون الكاثود مما يسمى "الأبيض البروسي" (الذي يتكون من الصوديوم والحديد والكربون والنيتروجين). يحتوي المنحل بالكهرباء على ملح الصوديوم. تم تصميم الإنتاج ليتوافق مع الإنتاج المستقبلي واسع النطاق. على سبيل المثال، يعتمد الإنتاج الفعلي لخلية البطارية على الإنتاج واسع النطاق اليوم لبطاريات الليثيوم أيون في المصانع العملاقة.