الكهربة المستدامة.. تنفيذ استراتيجيات الاقتصاد الدائري يخفض الطلب على الموارد إلى النصف

مع أهداف الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، وضعت العديد من البلدان أهدافًا للتخلص التدريجي من مركبات الاحتراق الداخلي لصالح السيارات الكهربائية.

حددت اليابان هدفًا يتمثل في أن تكون نسبة 20% إلى 30% من إجمالي مبيعات السيارات عبارة عن مركبات كهربائية تعمل بالبطارية (BEVs) ومركبات كهربائية هجينة (PHEV)، وأن تكون 30% إلى 40% من مبيعات السيارات عبارة عن مركبات كهربائية هجينة بحلول عام 2030.

وتخطط الولايات المتحدة لأن تكون 50% من المركبات الجديدة خالية من الانبعاثات بحلول عام 2030، في حين تريد ألمانيا أن يكون لديها 15 مليون سيارة كهربائية على الطريق بحلول عام 2030. وتثير هذه الأهداف مخاوف بشأن الطلب على المواد الخام للمركبات الكهربائية.

تتطلب البطاريات، التي تمثل 50% من جميع الموارد المستهلكة في إنتاج السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطارية، العديد من المعادن مثل الليثيوم والنيكل والكوبالت والمنجنيز والجرافيت، ومع ذلك، فإن التقديرات الحالية للطلب على الموارد تقلل من إجمالي الطلب على المعادن لأنها لا تأخذ في الاعتبار استبدال البطارية خلال عمر السيارة وزيادة قدرات البطارية.

تقديرًا أكثر واقعية لاحتياجات المركبات الكهربائية

في دراسة نُشرت في مجلة Resources, Conservation and Recycling ، قدم الباحثون بقيادة البروفيسور المشارك شوكي كوساي من جامعة ريتسوميكان باليابان، تقديرًا أكثر واقعية لاحتياجات المركبات الكهربائية من الموارد بحلول عام 2050.
تتناول أبحاثهم التخفيضات الحالية من خلال حساب الطلب على المواد الخام لإنتاج المركبات الكهربائية وتشغيلها وصيانتها، بالإضافة إلى ذلك، فإنها تقدم أيضًا العديد من الاستراتيجيات للتخفيف من استهلاك الموارد.

شارك في تأليف هذا البحث هيبيكي تاكيموتو من جامعة ريتسوميكان، والدكتور تاكوما واتاري من المعهد الوطني للدراسات البيئية، والبروفيسور إيجي ياماسو من جامعة ريتسوميكان.

يقول الدكتور كوساي “في دراستنا، نسعى إلى معالجة الأسئلة الحاسمة مثل “إلى أي مدى ستساهم كهربة المركبات في تصعيد استخدام الموارد ؟” “ما هي العوامل الأساسية التي تقود هذا التغيير؟”و”إلى أي مدى يمكن إدارة الزيادة في استخدام الموارد والتخفيف منها بشكل فعال؟”.

احتياجات المركبات الكهربائية من المعادن

ثلاثة سيناريوهات

قامت الدراسة بتقييم إجمالي متطلبات المواد (TMR) لبطاريات السيارات الكهربائية ضمن ثلاثة سيناريوهات: سيناريو التكنولوجيا المرجعية (RTS)، والحفاظ على الاتجاهات الحالية للطاقة والتكنولوجيا؛ سيناريو الدرجتين (2DS)، الذي يتطلب تخفيفًا كبيرًا لتغير المناخ للحد من ارتفاع درجة الحرارة إلى درجتين مئويتين؛ وسيناريو ما بعد الدرجتين (B2DS)، الذي يستهدف صفر انبعاثات بحلول عام 2060 ويحد من ارتفاع درجة الحرارة إلى 1.75 درجة مئوية بحلول عام 2100.

يعمل TMR كمعيار لتقييم استخدام الموارد، ويشمل كلاً من المواد المستخدمة مباشرة في تصنيع البطاريات وتلك المستخرجة ولكن غير المستخدمة.

وتفترض الدراسة أن عمر المركبات يبلغ 15 عامًا أو 100 ألف كيلومتر، وذلك باستخدام بطاريات الليثيوم أيون مع النيكل والكوبالت والمنغنيز، والتي يتم استبدالها كل سبع سنوات.

تكشف النتائج، أن معدل TMR للمركبات الكهربائية يزداد في السيناريوهات الثلاثة جميعها.

وفي ظل سيناريو RTS، الذي يفترض أن تظل معظم المركبات عبارة عن مركبات ذات محركات احتراق داخلي، فإن الطلب على المواد الخام يتضاعف تقريبًا عن مستويات عام 2015.

وفي سيناريو B2DS، حيث تهيمن السيارات الكهربائية، يكون الطلب أعلى بنسبة 22.7%.

في هذا السيناريو، من المتوقع أن تمثل بطاريات الليثيوم أيون 55% من إجمالي استخدام الموارد في صناعة السيارات، مدفوعة بإنتاج وصيانة المركبات الكهربائية بالبطارية.

استراتيجيات للاقتصاد الدائري

واكتشف الباحثون، أن تنفيذ استراتيجيات محددة للاقتصاد الدائري يمكن أن يخفض الطلب على الموارد إلى النصف أو يحافظ عليه عند مستويات 2015.

وتشمل هذه الاستراتيجيات إطالة عمر المركبات، وتعزيز خدمات السيارات وتقاسم الركوب، وتعزيز استعادة المواد وإعادة التدوير في المركبات الجديدة، وتحسين كفاءة استهلاك الوقود ، واعتماد بطاريات الحالة الصلبة طويلة الأمد.

ومن بين هذه الاستراتيجيات، كان لتقاسم الركوب وإعادة التدوير الأثر الأكبر، حيث قلل الطلب على الموارد بنسبة 37.0% إلى 43.0% و33.0% إلى 39.6% على التوالي.

وكانت التحسينات في الاقتصاد في استهلاك الوقود كبيرة أيضًا، خاصة بالنسبة للمركبات الكهربائية العاملة بمحركات الديزل، مما ساهم في انخفاض الطلب على الموارد بنسبة 10.2% إلى 21.8%.

كان التحول إلى بطاريات الحالة الصلبة مساهمًا مهمًا آخر في تقليل الطلب على الموارد.

تتطلب بطاريات الحالة الصلبة مواد أقل من بطاريات الليثيوم أيون التقليدية ولا تحتاج إلى الاستبدال كثيرًا. لقد خفضوا الحاجة إلى موارد إضافية بنسبة 30.6% لزيادة سعة البطارية و29.1% لاستبدال البطارية.

ومع توقع نمو الطلب على المركبات الكهربائية من أقل من 45 مليونًا في عام 2023 إلى 250 مليونًا في عام 2030 ويصل إلى 525 مليونًا في عام 2035، سيكون تنفيذ استراتيجيات الاقتصاد الدائري أمرًا بالغ الأهمية لتلبية الطلب على الموارد لتحقيق أهداف الكهرباء المستقبلية.

ويوضح كوساي، “بشكل عام، كانت نتائج هذه الدراسة واضحة، ففي قطاع السيارات، تساهم الكهرباء في زيادة استخدام الموارد بأكثر من الضعف تقريبًا، ويمكن تحقيق كهربة المركبات دون زيادة استخدام الموارد إذا تم تطبيق مجموعة من استراتيجيات الاقتصاد الدائري بشكل متزامن وطموح. تم تنفيذها”