أسطول المركبات الكهربائية بالكامل يحظى بإشادة عالمية باعتباره حلاً تحويليًا لإبطاء تغير المناخ.
ولكن ما مدى خضرة بطاريات المركبات الكهربائية؟ هل ستساعد في إنقاذنا من كوكب دافئ أم أنها ستزيد من مشكلة متزايدة باستمرار؟
في الولايات المتحدة وحدها، كان قطاع النقل مسؤولاً عن 29% من إجمالي انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري العالمي في عام 2022، أي أكثر من أي قطاع آخر.
ووفقاً لوكالة حماية البيئة الأميركية، فإن ما يقرب من 80% من هذه الانبعاثات تأتي من المركبات التي تسير على الطرق السريعة في البلاد.
وتقول باتريشيا هيدالجو جونزاليس، الأستاذة المساعدة في قسم الهندسة الميكانيكية والفضائية في كلية جاكوبس للهندسة والعضو المنتسبة في مركز أبحاث الطاقة في جامعة كاليفورنيا في سان دييجو: “إن المستقبل الذي يتحول فيه قطاع النقل إلى المركبات الكهربائية سيكون بمثابة تغيير كبير”، وأضافت أن “انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري تسببت في ارتفاع درجات الحرارة العالمية، وهو ما تسبب بالفعل في تأثيرات بيئية خطيرة للغاية، مثل تحمض المحيطات وارتفاع درجة حرارتها، وذوبان الأنهار الجليدية، والأحداث المناخية المتطرفة”.
وأضافت: “من الأهمية بمكان أن نبذل قصارى جهدنا للتخفيف من آثار تغير المناخ ومنع حدوث آثاره الضارة بشكل أكثر تكرارا”.
أساسيات البطارية
من المثير للدهشة أن الخلايا المستخدمة في بطاريات الليثيوم أيون للسيارات الكهربائية لا تختلف كثيرًا في مكوناتها عن بطاريات الهواتف المحمولة والكمبيوتر المحمول، كما يوضح بينج ليو، الأستاذ ورئيس كرسي ويليام كولز في قسم الهندسة الكيميائية والنانوية في كلية جاكوبس للهندسة، ومدير مركز الطاقة المستدامة والطاقة.
ويقول ليو، إن خلايا البطارية هي “قلب البطارية”، وعدد الخلايا في البطارية يحدد حجمها وسعتها.
تتكون كل خلية بطارية من أربعة مكونات رئيسية: الكاثود والأنود والإلكتروليت والفاصل.
ويمكن تصور الأجزاء على أنها شطيرة، حيث يقوم الكاثود والأنود بدور مماثل لشرائح الخبز الخارجية، في حين يعمل الإلكتروليت والفاصل مثل الحشوات.
وتستخدم عادة عناصر متعددة داخل هذه الخلايا، بما في ذلك الليثيوم والنيكل والكوبالت والمنجنيز والحديد والجرافيت والنحاس وغيرها.
هل التعدين السبيل الوحيد للحصول على المعدن؟
تتضمن عملية الحصول على المواد المختلفة اللازمة لبطاريات الليثيوم أيون مشاركة دول من مختلف أنحاء العالم.
يقول ليو: “إن التعدين في هذه الأيام أصبح فعالاً للغاية، ولكن بالنسبة لليثيوم على الأقل، فإن التعدين ليس هو السبيل الوحيد للحصول على المعدن”.
أغلب إمدادات العالم من الليثيوم تقع في بوليفيا وتشيلي والأرجنتين؛ ويأتي الكوبالت في المقام الأول من جمهورية الكونغو الديمقراطية؛ والفوسفات من بلدان في أفريقيا؛ والجرافيت من شمال الصين؛ والنيكل من أستراليا وإندونيسيا وكندا والبرازيل وروسيا.
ويمكن الحصول على المنجنيز والحديد من العديد من الأماكن، ويتم استخراج أغلب هذه المعادن من المناجم.
أول منشأة لاستخراج الليثيوم والطاقة الحرارية الأرضية
من المتوقع أن تصبح الولايات المتحدة قوة عظمى في مجال الليثيوم. فقد كشفت دراسة أجراها مختبر لورانس بيركلي الوطني في عام 2023 عن وجود كمية مذهلة من الليثيوم ــ 3400 كيلوطن ــ داخل المياه المالحة الحرارية الأرضية تحت بحر سالتون في جنوب كاليفورنيا.
يمكن للمحاليل الملحية الحرارية الأرضية – المحاليل الملحية الساخنة المركزة التي يمكن استخدامها لتوليد الطاقة – أن توفر ما يكفي من الليثيوم لأكثر من 375 مليون بطارية للسيارات الكهربائية، وهو ما يتجاوز بكثير العدد الإجمالي للمركبات الموجودة حاليًا على الطرق في الولايات المتحدة.
بدأ بناء أول منشأة مخصصة واسعة النطاق لاستخراج الليثيوم والطاقة الحرارية الأرضية المتجددة في منطقة بحر سالتون في عام 2024.
ولكن ليو يقدم تحذيراً: “يحتوي بحر سالتون على الكثير من المعادن الثقيلة الأخرى، واستخراج الليثيوم مقابل استخراج الليثيوم المفيد أمران مختلفان تماماً.
استخراج شيء نقي بما فيه الكفاية، وخالٍ من الملوثات، ومناسب للاستخدام في البطاريات، وذو معنى اقتصادي ــ هذه أسئلة مختلفة تماماً”.
إنتاج متسلسل
على المستوى المحلي، لا تملك الولايات المتحدة حاليا وسيلة للحصول على جميع المواد الخام اللازمة لبطاريات الليثيوم أيون أو أي مصانع تصنيع تجارية لبناء البطاريات على نطاق واسع.
ويتطلب القيام بذلك استثمارا رأسماليا كبيرا في البنية الأساسية العامة المادية فضلا عن تدريب القوى العاملة وبناء المرافق اللازمة.
ويقول ليو: “إن الولايات المتحدة أمامها طريق طويل في سعيها إلى التحرك نحو تصنيع بطاريات السيارات الكهربائية”.
الطاقة الأحفورية تمد السيارات الكهربائية
بمجرد الحصول على المواد الخام اللازمة للبطاريات، يتم تصنيعها وتركيبها، تدوم معظم بطاريات السيارات الكهربائية لمدة 10 سنوات على الأقل.
ولكن أحد الانتقادات الواسعة النطاق الموجهة للسيارات الكهربائية هو أنها تستخدم الكهرباء التي قد لا يتم توليدها من مصادر متجددة. فهل استخدام سيارة كهربائية تعمل، على سبيل المثال، بالكهرباء التي تعمل بالفحم أمر سيء للبيئة؟ هذا ليس صحيحا على الإطلاق، يجيب ليو.
حتى لو تم شحن السيارات الكهربائية بالكهرباء المولدة من مصدر إشكالي، فإنها لا تزال توفر فائدة بيئية.
يقول ليو: “إن المركبات التي تعمل بالبنزين تشكل مشكلة. فهي لا تسبب التلوث فحسب، بل إنها تتسبب في التلوث على نطاق واسع لأن هناك العديد من المركبات التي تنشر الملوثات أثناء تنقلها”.
ولكن محطة الطاقة التي قد تنبعث منها الغازات المسببة للانحباس الحراري والتلوث تفعل ذلك على نطاق واسع، ومن المرجح أن تكون موجودة في مناطق أكثر بعداً، وبالتالي فإن التخفيف من حدة التلوث البيئي وتنظيفه يصبح أسهل في الإدارة.
يقول ليو: “إن الأشخاص الذين لا يحبون السيارات الكهربائية يقولون عادة إن الكهرباء الملوثة لا توفر أي شيء في الواقع، لكن هذا ليس صحيحًا حقًا – لا يزال هناك فائدة بالإضافة إلى إمكانية استخدام الطاقة النظيفة لتشغيلها”.
تجهيزات أفضل
وبالإضافة إلى مزاياها الصديقة للبيئة، تتمتع السيارات الكهربائية بتجهيزات أفضل للتعامل مع قوة الحوسبة المتزايدة اللازمة لتشغيل السيارات المتقدمة اليوم.
ويوضح ليو أنه في حين تحتوي المركبات التي تعمل بالبنزين على مولدات قادرة على توليد الطاقة الكهربائية اللازمة لتشغيل أجهزة الكمبيوتر الموجودة على متنها، فإن السيارات الكهربائية قادرة بسهولة على تشغيل أنظمة الكمبيوتر الحالية مع القدرة على تشغيل أنظمة أكثر تعقيداً مع تطور التصميمات.
ويقول ليو: “نظرًا للحاجة المتزايدة إلى العناصر التي تعمل بالطاقة الكهربائية في المركبات، وخاصة في المركبات ذاتية القيادة بالكامل، فقد تم تصنيع الكهرباء من أجلها”.
إعادة الاستخدام وإعادة التدوير
حقيقة أن السيارة الكهربائية قد تصل إلى نهاية استخدامها الأساسي لا تعني أن بطاريتها قد ماتت.
فوفقًا لليو، بعد سنوات من الاستخدام السهل، مثل التنقلات اليومية القصيرة، يمكن أن يكون لهذه البطاريات عمر افتراضي ثانٍ، فإن إعادة استخدام بطاريات السيارات الكهربائية تتلخص في الجدوى الاقتصادية.
يقول ليو: “هناك الكثير من الأفكار الجيدة البديهية التي يتبين أنها مكلفة للغاية”.
ويضيف: “إن إيجاد استخدام ثانوي لبطارية السيارة الكهربائية يبدو فكرة رائعة لأن البطارية لم تفرغ بعد، لذا يتعين علينا أن نستغلها بشكل أفضل”.
ولكن بعد أن يتم صيانة البطارية لمدة ثماني سنوات على سبيل المثال، ثم يتم إخراجها، يتعين عليك إعادة اعتماد البطارية، “لا تزال البطارية جيدة، ولكن هل لا تزال آمنة؟ قد تحتاج إلى فصل الخلايا الجيدة عن الخلايا السيئة قبل إعادة تجميع البطارية”.
إعادة التدوير لبطارية السيارة الكهربائية
ولكن ما الذي ينتظرنا بعد أن تصل بطارية السيارة الكهربائية رسميًا إلى نهاية عمرها الافتراضي؟ حسنًا، لا يبدو إعادة التدوير كما تتوقع، ولكنه ممكن.
يقول ليو: “عندما تم تصميم هذه البطاريات في الأصل، لم تكن مصممة لإعادة التدوير، ربما تكون بطارية الليثيوم أيون واحدة من أصعب البطاريات في إعادة التدوير”.
ويقول ليو إنه في حين أن إعادة التدوير ممكنة، فإن المسألة تكمن في التكلفة الاقتصادية والبيئية.
اليوم، يتم إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون من قبل شركات التكرير مثل Umicore، وهي شركة إعادة تدوير البطاريات على نطاق واسع ومقرها في بلجيكا والتي تعمل منذ عقود.
يوضح تشنغ تشن، أستاذ في قسم الهندسة الكيميائية والنانوية في كلية جاكوبس للهندسة، أن “إعادة التدوير التقليدية تتضمن حرق البطاريات الموجودة في فرن عالي الحرارة”.
يقول تشين: “سيتم حرق الجرافيت وغيره من المواد العضوية، وسوف تندمج بقية المواد معًا لتكوين مكونين: سبيكة معدنية وخزف، والخزف ذو قيمة ضئيلة وغالبًا ما يتم التخلص منه أو إعادة استخدامه لرصف الطرق”.
من ناحية أخرى، يحتوي السبائك المعدنية على عناصر قيمة، فإن استخراج هذه العناصر يتطلب معالجة إضافية بأحماض قوية ومواد كيميائية قاسية أخرى لفصل المعادن وتنقيتها.
ويضيف: “سيتم إعادة استخدام هذه المعادن لصنع مواد أولية يمكن معالجتها بشكل أكبر لصنع مواد بطاريات جديدة”.
وعلى الرغم من تكلفة إعادة التدوير، فإن ليو واثق من أن بطاريات السيارات الكهربائية لن تتسبب في أزمة نفايات إلكترونية عندما تصل إلى نهاية عمرها الافتراضي، قائلا “كل شيء يمكن إعادة تدويره”.
إمكانية التغيير
في النهاية، هل ستحدث بطاريات السيارات الكهربائية فرقًا؟
يقول ديفيد فيكتور، أستاذ ورئيس مركز بيتر كوهي للتحول العالمي في الابتكار والسياسة العامة في كلية السياسة العالمية والاستراتيجية ومدير مبادرة إزالة الكربون العميقة: “إن الفوائد الإجمالية للسيارات الكهربائية هي أنها وسيلة لتقليل اعتمادنا على الوقود الأحفوري بشكل جذري، وعلى وجه الخصوص، خفض الانبعاثات”.
ولكن مع أي تغيير تكنولوجي تأتي أسئلة حول جدوى هذا التغيير. ويقول فيكتور: “إن أحد التحديات التي تواجه ثورة الطاقة النظيفة هو كيفية إدارة الأولويات عندما تتعارض ـ كيف نمنع هذه التعارضات من توليد الشلل؟”.
ويضيف فيكتور: “ما نعرفه عن ثورة الطاقة النظيفة هو أننا سنضطر إلى بناء أشياء”، مثل المرافق الصناعية وخطوط الكهرباء والمناجم.
ويشير ليو بسرعة إلى أن هناك الكثير من الابتكارات الجارية حالياً، “سوف يتطلب الأمر قدراً كبيراً من الإبداع من جانب جميع الطلاب والباحثين والمهندسين وصناع السياسات، وكل شخص آخر لتحقيق ذلك.
يقول ليو: “إن إنشاء صناعة ما يتطلب مشاركة المجتمع بأكمله، وسوف يكون الأمر صعباً للغاية، ولكن من الممكن تحقيقه”.
