تحديات بيئية تواجه بطاريات الليثيوم كأحد حلول تخزين الطاقة
كتبت : حبيبة جمال
في ظل الجهود العالمية لمكافحة تغير المناخ من خلال اعتماد تقنيات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ، نمت أهمية تخزين الطاقة الفعال بشكل كبير.
ومع ذلك، فإن الاعتماد الواسع النطاق على بطاريات الليثيوم أيون يأتي مع عيوب ملحوظة وآثار بيئية، من أجل معالجة هذه المشكلات بشكل فعال ، من الضروري للاعبين الرئيسيين في الصناعة اتخاذ خطوات استباقية نحو توسيع نطاق تقنيات البطاريات.
لا تساعد هذه الخطوة الإستراتيجية في التغلب على التحديات المرتبطة ببطاريات الليثيوم أيون فحسب ، بل تمهد أيضًا الطريق لحلول تخزين الطاقة السليمة بيئيًا والتي يمكن الاعتماد عليها، هذه الحلول محورية في تسهيل التحول نحو مصادر الطاقة المتجددة مع ضمان الاستدامة والأمن في تخزين الطاقة.
وعلق على ذلك موكيش شاتر (MC) ، الرئيس التنفيذي لشركة Alsym Energy ، مع منظور فريد حول تحديات الصناعة وكيفية ضمان تلبية متطلبات الاستدامة في الوقت المناسب لتأثير تغير المناخ العالمي.
دور البطاريات
ما الدور الذي تلعبه البطاريات في التحول إلى الطاقة المتجددة؟
يقول شاتر ” ذكرت الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA) أن أنظمة تخزين البطاريات آخذة في الظهور كواحد من الحلول الرئيسية لدمج حصص عالية من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح المتجددة في أنظمة الطاقة في جميع أنحاء العالم. تتيح البطاريات إمدادًا أكثر اتساقًا ويمكن التنبؤ به للطاقة من خلال التقاط الطاقة الفائضة وتخزينها لاستخدامها لاحقًا.
تعمل البطاريات كعازل ، حيث تسد الفجوة بين توليد الطاقة المتجددة واستهلاكها ، مما يضمن مصدرًا موثوقًا للطاقة حتى عندما لا تكون الشمس مشرقة أو لا تهب الرياح، يعد تخزين الطاقة هذا أمرًا ضروريًا لاعتماد مصادر الطاقة المتجددة على نطاق واسع ويساعد في معالجة تحديات التقطع.
تتجاوز أهمية البطاريات في أنظمة الطاقة المتجددة الحفاظ على مصدر طاقة ثابت، تعمل البطاريات كمحفز لاستقلال الطاقة واللامركزية ، وتمكين الأفراد والمجتمعات من الاكتفاء الذاتي من خلال توليد وتخزين الطاقة الخاصة بهم. من خلال دمج الألواح الشمسية وتوربينات الرياح والبطاريات، يمكن للمنازل والشركات تقليل اعتمادها على مصادر الطاقة التقليدية وتقليل انبعاثات الكربون.
تلعب البطاريات دورًا مهمًا في مشهد الطاقة الأوسع من خلال تمكين التكامل السلس للطاقة المتجددة في الشبكات الحالية، من خلال تخزين الطاقة الزائدة خلال فترات الاستخدام المنخفض وإطلاقها خلال ساعات الذروة ، تساعد البطاريات في تحقيق التوازن بين العرض والطلب ، وتحسين كفاءة الشبكة ، وتقليل الضغط على محطات الطاقة التقليدية ، وبالتالي تعزيز الموثوقية الشاملة واستقرار الشبكة والمساهمة في التقليل من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.
على الرغم من استخدام بطاريات الليثيوم أيون على نطاق واسع ، فمن الأهمية بمكان الاعتراف بعيوبها، إن إنتاج بطاريات أيونات الليثيوم والتخلص منها له آثار بيئية كبيرة ، بما في ذلك استخراج الموارد وعمليات التصنيع كثيفة الاستهلاك للطاقة والتحديات المرتبطة بالتخلص السليم وإعادة التدوير.
التأثيرات البيئية
ما هي التأثيرات البيئية المرتبطة بإنتاج البطاريات؟
يجيب شاتر ” بطاريات ليثيوم أيون بها العديد من أوجه القصور البيئية ، مثل استخراج المواد الخام ، وخاصة الليثيوم ، لإنتاج البطاريات. ارتفع الطلب على الليثيوم في السنوات الأخيرة ، مدفوعًا بتزايد شعبية السيارات الكهربائية (EVs) وأنظمة الطاقة المتجددة. تم تكثيف عمليات التعدين لتلبية هذا الطلب ، مما أدى إلى عواقب بيئية كبيرة.
يتضمن استخراج الليثيوم عادةً طريقتين أساسيتين: التعدين التقليدي واستخراج محلول ملحي من الليثيوم. ينطوي التعدين التقليدي على أعمال حفر واسعة النطاق وإزالة التربة السطحية ، مما يؤدي إلى تدمير الموائل وتآكل التربة، يمكن أن تلوث أنشطة التعدين المسطحات المائية القريبة عن طريق إطلاق المواد الكيميائية السامة والمعادن الثقيلة ، والتأثير على النظم الإيكولوجية المائية والمجتمعات التي تعتمد على هذه الموارد.
يستلزم استخراج محلول الليثيوم ضخ محلول ملحي غني بالليثيوم تحت الأرض إلى السطح للمعالجة. في حين أن هذه الطريقة تقلل من الحاجة إلى أعمال حفر واسعة النطاق ، إلا أنها تطرح مجموعة من التحديات الخاصة بها.
تتطلب عملية الاستخراج كميات كبيرة من المياه ، والتي يمكن أن تستنفد مصادر المياه المحلية وتضر بالنظم البيئية المجاورة. قد يؤدي التخلص من المحلول الملحي بعد الاستخراج إلى تلوث التربة وتلوث المياه إذا لم تتم إدارته بشكل مناسب.
يشير تقرير أصدقاء الأرض (FoE) إلى الآثار البيئية والاجتماعية السلبية لاستخراج الليثيوم ، بما في ذلك تلوث المياه ونضوبها ، والمواد الكيميائية السامة في المعالجة ، وإلحاق الضرر بالمجتمعات والنظم الإيكولوجية وإنتاج الغذاء، يمكن أن يتسبب إطلاق هذه المواد الكيميائية من خلال الترشيح أو الانسكاب أو الانبعاثات الهوائية في حدوث أضرار ويزيد من تفاقم العواقب البيئية. لا يضر استخراج الليثيوم بالتربة فحسب ، بل يؤدي أيضًا إلى استمرارها
يشير تقرير أصدقاء الأرض (FoE) إلى الآثار البيئية والاجتماعية السلبية لاستخراج الليثيوم ، بما في ذلك تلوث المياه ونضوبها ، والمواد الكيميائية السامة في المعالجة ، وإلحاق الضرر بالمجتمعات والنظم الإيكولوجية وإنتاج الغذاء.
يمكن أن يتسبب إطلاق هذه المواد الكيميائية من خلال الترشيح أو الانسكاب أو الانبعاثات الهوائية في حدوث أضرار ويزيد من تفاقم العواقب البيئية. لا يضر استخراج الليثيوم بالتربة فحسب ، بل يساهم أيضًا في تلوث الهواء.
بالإضافة إلى مرحلة الاستخراج ، فإن عمليات التصنيع المتضمنة في إنتاج بطاريات الليثيوم أيون كثيفة الاستهلاك للطاقة وتساهم في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. يتطلب إنتاج مكونات البطارية ، مثل الكاثودات والأنودات ، طاقة كبيرة ، غالبًا ما يتم اشتقاقها من مصادر الوقود الأحفوري ، مما يعني أن البصمة الكربونية المرتبطة بتصنيع البطاريات يمكن أن تكون كبيرة.
تدوير البطاريات
ما هي التحديات مع إعادة تدوير البطاريات وإعادة استخدامها؟
يقول شاتر “مع استمرار ارتفاع الطلب على البطاريات ، تصبح الإدارة السليمة لنفايات البطاريات أمرًا بالغ الأهمية للتخفيف من المخاطر البيئية المحتملة المرتبطة بالتخلص منها.
تشكل نفايات البطارية تحديًا كبيرًا بسبب المواد الخطرة والمعادن الثقيلة في تكوينها. يمكن أن يؤدي التخلص غير السليم من البطاريات أو إعادة تدويرها بشكل غير ملائم إلى إطلاق مواد سامة. يمكن أن تلوث هذه المواد النظم البيئية ، وتهدد صحة الإنسان ، وتعطل التوازن البيئي الدقيق.
يعد إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون أمرًا معقدًا لأن التركيب المتنوع يجعل إعادة استخدامها عملية تتطلب الكثير من الناحية الفنية. تحتوي بطاريات الليثيوم أيون على مواد قيمة مثل الليثيوم والكوبالت والنيكل والمنجنيز ، والتي يمكن استعادتها وإعادة استخدامها. يتطلب الاستخراج الفعال لهذه المواد مرافق وتقنيات متخصصة ليست متاحة بعد على نطاق واسع أو مجدية اقتصاديًا.
تضيف مخاوف السلامة المرتبطة ببطاريات الليثيوم أيون صعوبة أخرى لإعادة تدويرها. تتطلب مخاطر الهروب الحراري ومخاطر الحريق أثناء عمليات النقل وإعادة التدوير تدابير سلامة صارمة.
وفقًا لـ Popular Science ، في السنوات القليلة الماضية ، كانت بطاريات الليثيوم أيون الميتة مسؤولة عن الحرائق الكارثية التي اندلعت في العديد من مصانع إعادة التدوير في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة وفرنسا والصين.
تتطلب معالجة ومعالجة بطاريات الليثيوم أيون في مرافق إعادة التدوير معدات وبروتوكولات متخصصة لضمان سلامة العمال وتقليل احتمالية وقوع الحوادث.
يعد إنشاء بنية تحتية فعالة ومستدامة لإعادة تدوير البطاريات أمرًا بالغ الأهمية لمعالجة هذه العقبات ويتضمن تطوير تقنيات متقدمة لتفكيك البطاريات ، والفرز ، واستعادة المواد.
يمكن أن يؤدي الاستثمار في البحث والتطوير (R&D) إلى اكتشاف تقنيات إعادة التدوير المبتكرة التي تعمل على تحسين كفاءة استرداد الموارد مع تقليل التأثير البيئي. يعد التعاون بين أصحاب المصلحة ، بما في ذلك مصنعي البطاريات وواضعي السياسات ومرافق إعادة التدوير ، أمرًا حيويًا لتبسيط عملية إعادة التدوير وضمان الامتثال للوائح.
يمكن أن يؤدي تشجيع تصميم بطاريات جديدة مع وضع إعادة التدوير في الاعتبار إلى تسهيل عملية إعادة التدوير. يمكن للبطاريات ذات المكونات المعيارية ، والتفكيك السهل ، ووضع العلامات لإعادة التدوير المناسبة أن تعزز استعادة الموارد وتحسن من كفاءة عمليات إعادة التدوير.
حلول بديلة
هل توجد حلول بديلة؟
يرى شاتر” نظرًا لأن مشاكل وعيوب بطاريات الليثيوم أيون أصبحت أكثر وضوحًا ، أصبح استكشاف تقنيات البطاريات البديلة أمرًا ضروريًا، يعمل العلماء والمهندسون والمبتكرون بنشاط على تطوير حلول جديدة لمعالجة الشواغل البيئية المرتبطة بالبطاريات التقليدية مع تحسين كفاءتها واستدامتها.
أحد البدائل الواعدة هو تقدم تقنيات البطاريات الناشئة. تستخدم هذه التقنيات مواد وتصميمات متنوعة لتحسين الأداء وتقليل التأثير البيئي. توفر بطاريات الحالة الصلبة ، التي تستخدم إلكتروليتات صلبة بدلاً من الإلكتروليتات السائلة أو الهلامية ، كثافة طاقة أعلى وأمانًا محسنًا وإمكانية شحن أسرع.
تعمل بطاريات الحالة الصلبة على تخفيف مخاطر السلامة المرتبطة ببطاريات الليثيوم أيون من خلال التخلص من الحاجة إلى المكونات المتطايرة. يستكشف الباحثون استخدام مواد مثل الصوديوم والمغنيسيوم بدلاً من الليثيوم ، لأنها أكثر وفرة وصديقة للبيئة.
البحث العلمي والابتكار ضروريان لإنشاء تقنيات بطاريات مستدامة. يتيح الاستثمار في البحث والتطوير للخبراء التعمق في المواد الرائدة وعمليات التصنيع وتصميمات الأنظمة.
تهدف هذه التطورات إلى تحسين أداء البطارية وكفاءتها وصحتها البيئية ، مع التركيز أيضًا على تطوير طرق إعادة التدوير التي تستعيد المواد القيمة من البطاريات المستهلكة وتعيد استخدامها. يمكن أن يؤدي التعاون بين العلم والصناعة والحكومة إلى تسريع تطوير وتسويق تقنيات البطاريات المستدامة.
يؤكد الطلب المتزايد على حلول تخزين الطاقة في مختلف القطاعات على أهمية دعم جهود البحث والتطوير. يجب على الحكومات والمنظمات تخصيص الموارد لتمويل المبادرات البحثية وتقديم الحوافز لتطوير واعتماد تقنيات البطاريات المستدامة.
يعتبر الليثيوم أيون قاصرًا كحل لتغير المناخ ، مما يستلزم استكشاف تقنيات بديلة لتلبية الأهداف الطموحة لمستقبل خالٍ من الكربون.
