هنري ساندرسون من بوسطنفي مختبر يقع في مدينة صناعية تبعد مسافة ساعة بالسيارة خارج بوسطن، يأمل مايكل زيمرمان، الأستاذ في جامعة تافتس، أن تتمكن مادة اخترعها في منزله من المساعدة في حل أزمة تواجهها صناعة السيارات الكهربائية التي ربطت دون قصد حظوظها بواحد من أفقر البلدان وأقلها استقرارا في العالم.
مع عمله في التدريس، يدير زيمرمان شركة ناشئة اسمها أيونيك ماتيريالز (المواد الأيونية)، يمكن لمادة البطارية فيها أن تكون علامة على مستقبل صناعة السيارات في الوقت الذي تسارع فيه لتصبح كهربائية بالكامل بعد قرن من إنتاج السيارات التي تعمل بالبنزين. أمله هو أن هذا الأنموذج الأولي الذي صنعه محليا يمكن أن يمهد الطريق أمام جيل جديد من البطاريات التي لا تستخدم الكوبالت، وهو معدن رمادي اللون، يجري تعدين أكثر من 60 في المائة منه في الكونغو الديمقراطية.
تحظى شركة أيونك بدعم من بيل جوي، عالم الحاسوب والمستثمر الذي يحظى باحترام كبير، والذي أمضى سنوات وهو يبحث عن البطارية المثالية. ومن بين مساهميها تحالف في صناعة سيارات مكون من رينو ونيسان وميتسوبيشي وهيونداي، وشركة النفط الفرنسية توتال.
يقول زيمرمان في مكتبه الذي يقع بين موقف السيارات في وأحد من مراكز التسوق: "العالم يريد مركبات كهربائية. لم أشهد من قبل قط صناعة ضخمة إلى هذا المستوى الكبير تقول (إنها تريد) استبدال التكنولوجيات المستخدمة تماما. كل شركة منفردة وكل حكومة وكل بلد – جميعهم يريدون فعل ذلك على مستوى العالم".
قائمة الداعمين لشركة أيونيك هي علامة على المخاوف المتزايدة السائدة بين شركات صناعة السيارات حول تكنولوجيا البطاريات الحالية واعتمادها على الكونغو. يهيمن على إمدادات الكوبالت عدد قليل من شركات التعدين، بما فيها شركة جلينكور في مقرها في سويسرا، أو يجري تعدينها يدويا وبيعها لتجار صينيين في البلاد. كما أن عمالة الأطفال أمر شائع، وفقا لجماعات حقوق الإنسان.
بمعنى آخر، المنتج الذي هو الأمل البراق للاقتصاد الجديد – في الوقت الحاضر – يعتمد اعتمادا كبيرا على بعض الممارسات الأكثر تعرضا للانتقاد في الاقتصاد الصناعي القديم.
بالنسبة لكثير من الخبراء، ستحظى البطارية بمكانة عليا في هذا القرن – تماما كما كان النفط في الماضي. البطاريات تزودنا بالطاقة المستخدمة في حياتنا الرقمية اليومية، بدءا من أجهزة الآيفون وصولا إلى أجهزة الكمبيوتر المحمولة. لكنها مهمة أيضا بالنسبة للسيارات الكهربائية لكي تحل مكان المركبات التي تعمل بالبنزين وبالنسبة لبعض أنواع الطاقة المتجددة. من دون هذه البطاريات، سيكون من الأصعب بكثير أن ينهي العالم إدمانه على أنواع الوقود الأحفوري والحد من تأثير ظاهرة التغير المناخي.
لكن إنتاج البطاريات أمر معقد، وهي تشتمل على مزيج دقيق من العوامل الكيماوية التي يجب أن تلبي قائمة قوية من متطلبات الأداء. يتوقع العملاء الحصول على شحن سريع، وفترة حياة طويلة للبطارية، وأمان في الاستخدام – وفي ظروف تراوح من فصل الشتاء البارد إلى حرارة الصحراء في ولاية أريزونا.
من دون تحول كبير في تكنولوجيا البطاريات، من المقرر أن يرتفع الطلب على الكوبالت أكثر من الضعف خلال العقد المقبل – مع توقع ارتفاع الحصة الواردة من الكونغو الديمقراطية إلى أكثر من 70 في المائة. يشير جليب يوشين، أستاذ في كلية المواد والهندسة في معهد جورجيا للتكنولوجيا، إلى الموضوع بشكل صريح أكثر. فهو يقول إن النمو المحتمل في السيارات الكهربائية لن يتحقق فعليا ما لم يكن هناك فتح كبير في صناعة البطاريات.
يقول كاسبر رولز، الذي يتعقب السوق لمصلحة هيئة الاستشارات "استخبارات المواد المعدنية المعيارية" في مقرها في لندن: "لن تكون هناك صناعة مركبات كهربائية من دون الكوبالت الوارد من الكونغو الديمقراطية. من دون الكونغو، لن يحصل هذا التطور في مجال صناعة المركبات الكهربائية".
بدأ زيمرمان التفكير في موضوع البطاريات قبل خمس أو ست سنوات، تماما في الوقت الذي بدأت فيه المركبات الكهربائية تكتسب الزخم وبدأت شعبية أول مركبات تنتجها تسلا في الانتشار. آنذاك، كان الكوبالت معدنا متخصصا يستخدم بشكل رئيسي في محركات الطائرات النفاثة والهواتف الذكية.
منذ ذلك الحين زادت مبيعات بطاريات المركبات الكهربائية والأنواع الهجينة لترتفع من نحو ستة آلاف سيارة في عام 2010 إلى نحو مليون سيارة تم بيعها العام الماضي، أو نحو 1 في المائة من المبيعات السنوية. ستكون هناك مجموعة أخرى من المركبات الكهربائية عددها 340 مليون سيارة (بما فيها سيارات الركاب، والشاحنات والحافلات) سيتم إنتاجها بين الفترة الحالية وعام 2030، وفقا لمحللين لدى ماكينزي.
أدى ذلك إلى حدوث زيادة في مصانع البطاريات. فقد زاد عدد "مصانع الجيجا" قيد الإنشاء، التي تسمى كذلك نسبة إلى فترة عمل البطاريات بالجيجا واط ساعة التي تستطيع إنتاجها كل عام، عشرة أضعاف على مدى السنوات الثماني الماضية ليصل إلى 41 مصنعا، وفقا للهيئة الاستشارية "بنشمارك مينرال إنتليجانس" Benchmark Mineral Intelligence. يقول سايمون مورز، مؤسس الشركة، إنه من المقرر أن تصبح البطارية "بمنزلة برميل النفط للقرن الحادي والعشرين".
بعد اكتشافها من قبل البروفيسور الأمريكي الذي يبلغ من العمر 96 عاما، جون جودإنف أثناء عمله في جامعة أكسفورد في عام 1980، أثبتت بطارية أيون الليثيوم أنها محورية ومهة جدا بالنسبة لعلوم وتكنولوجيا القرن العشرين، حيث مهدت الطريق أمام إنتاج أجهزة إلكترونية محمولة، بدءا من كاميرات الفيديو الرقمية ووصولا إلى الهواتف الذكية. وأصبحت أيضا الخيار المعياري للسيارات الكهربائية، التي تستخدم مئات من خلايا البطاريات الموضوعة معا في حزم تشبه الحقائب المعدنية، يصل وزنها إلى 600 كيلو جرام.
لكن منذ أن شرعت شركة سوني في تسويق تكنولوجيا أيون الليثيوم على نطاق تجاري في عام 1991، كان هناك عدد قليل من التطورات والتحسينات الكبيرة التي طرأت على هذه التكنولوجيا، بحسب ما يقول زيمرمان. كما يعتقد بأن البطارية التي تمد العالم بالطاقة ربما تكون قد وصلت إلى حدها الأقصى.
يقول: "الجميع يريد أن يبقى معه هاتفه الذكي لفترة زمنية أطول وألا تتلف بطارية سيارته أبدا. اعتقادي هو أن بطاريات أيون الليثيوم وصلت إلى طريق مسدود الآن، فليس هناك حقيقة أي تحسين يمكن إدخاله مع التكنولوجيا الحالية".
تعتمد خلايا البطاريات على أربعة أجزاء رئيسية: القطب السالب والموجب، وفاصل، ومحلول إلكترولايت سائل. القطب الموجب، أو الكاثود، يتم تغليفه بطين أكسيد معدني مجهز بعناية وهو يشتمل في معظم السيارات على الليثيوم والكوبالت والنيكل والمنغنيز. عندما يجري تفريغ البطارية، تتدفق أيونات الليثيوم إلى الكاثود لتولد تدفقا من الإلكترونات والكهرباء. عندما يعاد شحن البطارية، تتدفق مرة أخرى لتعود إلى الأنود، القطب السالب، الذي يصنع عادة من الجرافيت.
الكوبالت أساسي لمنع ارتفاع درجة حرارة البطارية، والاستقرار الذي يحققه للبطارية يسمح للمستخدمين أيضا بفرصة شحن سياراتهم وتفريغها على مدى سنوات كثيرة. لكنه أيضا أغلى المعادن المستخدمة – ما يعيق قدرة شركات صناعة السيارات على خفض تكلفة السيارات الكهربائية بغية منافسة نظيراتها من المركبات التي تعمل بالبنزين.
يقدر محللون لدى ليبروم، وهي شركة وساطة مقرها لندن وبنك استثماري، أن تكلفة الكوبالت في كيلو غرام واحد من مادة الكاثود في البطارية تبلغ نحو 12 دولارا، مقارنة بتكلفة الليثيوم التي تصل إلى ثمانية دولارات وخمسة دولارات للنيكل. تستأثر المعادن بنحو 25 في المائة من تكلفة البطارية، بحسب تقديراتهم. وفي حين يجري تطوير مصادر جديدة للكوبالت في أيداهو وألاسكا وأستراليا، إلا أنها من غير المقرر أن تنتج هذا المعدن إلا بعد عام 2020.
بدأ زيمرمان، عالم المواد، البحث في مجال غير مستكشف نسبيا – الإلكترولايت (المواد المنحلة بالكهرباء)، والتي عادة ما تتعرض للاحتراق في البطاريات. إن تم استخدام مادة صلبة بدلا من السائل، حسب ما تقول النظرية، يمكن أن تصبح البطاريات أكثر سلامة وأخف وزنا. ويقول إنها يمكن أن تسمح أيضا لشركات صناعة السيارات بالتقليل من كمية الكوبالت المستخدمة في الكاثود أو حتى إلغاءها نهائيا.
تم اكتشاف أول مادة صلبة موصلة للكهرباء في ثلاثينيات القرن التاسع عشر من قبل العالم البريطاني مايكل فاراداي، لكنها لم تنجح قط في بطارية تعمل في درجات الحرارة العادية. أثناء عمله في منزله، عمل زيمرمان على إعداد مادة مبلمرة يمكنها تأدية تلك الوظيفة بالضبط.
يستذكر جوي، الذي كان يبحث عن تكنولوجيا بطاريات في الحالة الصلبة أثناء عمله لدى شركة رأس المال المغامر "كلاينر بيركينز": "كانت في الواقع قطعة بلاستيك قبيحة في لفافة مع قليل من الثقوب التي تغطيها في كل مكان، لكن وجدنا لزاما علينا أن نقول ’ما أروعها‘. هذا أمر مدهش تماما لأنه أثبت جدوى هذه المادة التي كان يتم السعي للحصول عليها منذ فترة طويلة جدا". تعمل شركات صناعة السيارات، بدءا من تويوتا إلى مرسيدس-بنز والمجموعة الهندسية البريطانية دايسون، على تصنيع ما يسمى بطاريات الحالة الصلبة مثل التكنولوجيا التي أوجدها زيمرمان وكانت هناك استثمارات تصل قيمتها إلى نحو 400 مليون دولار في هذه التكنولوجيا خلال النصف الأول من العام، وفقا لشركة وود ماكينزي الاستشارية. وهي تتوقع أن مثل هذه البطاريات ستشكل الغالبية العظمى من تكنولوجيا السيارات الكهربائية بحلول عام 2030 لكنها لن تدخل السوق أبدا حتى عام 2025.
يقول بيتر بروس، الأستاذ في قسم المواد في جامعة أكسفورد: "لا يزال هناك عدد من المشاكل الصعبة يتعين حلها لتصبح البطارية التي تتألف بكاملها من الحالة الصلبة منتجا قابلا للاستخدام من الناحية التجارية. لكن تجري الآن معالجة تلك المشكلات".
شركة أيونيك هي واحدة من عدد من الشركات الناشئة التي ترجو تسويق طفرة البطاريات المقبلة. هذا مجال شهد حظه العادل من حالات الإخفاق، مثل حالة الإفلاس التي عانتها شركة أكويون إينيرجي لصناعة البطاريات من المياه المالحة في مقرها في بيتسبيرج، والتي جمعت الأموال من بيل جيتس وكلاينر بيركينز، في آذار (مارس) من العام الماضي.
في الوقت نفسه، تتسابق شركات صناعة البطاريات للحد من كمية الكوبالت المستخدم في التكنولوجيا التقليدية. قال يوشيو آيتو، رئيس قسم أعمال السيارات في شركة باناسونيك، للصحافيين في طوكيو الشهر الماضي إن الشركة تريد تخفيض استخدام الكوبالت في المركبات الكهربائية التي تنتجها شركة تسلا خلال عامين أو ثلاثة. وقالت تسلا إنها تستهدف "تخفيض استخدام الكوبالت إلى الصفر تقريبا في المستقبل القريب".
تتجه معظم شركات صناعة السيارات نحو استخدام بطاريات تستخدم مزيدا من النيكل وكمية أقل من الكوبالت يمكن أن تهبط بنسبة 75 في المائة. ومن المتوقع أن تحصل تلك المنتجات على حصة سوقية لها على مدى السنوات القليلة المقبلة.
فينكات فيسواناثان، الأستاذ في جامعة كارنيجي ميلون، يعتقد أن من الممكن التقليل من استخدام الكوبالت باستخدام مواد كيماوية سائلة منحلة بالكهرباء. يقول: "شركة أيونيك ماتيريالز هي أحد الحلول لصناعة كاثود بكمية أقل من الكوبالت لكن مسار المواد السائلة المنحلة كهربائيا هو أيضا أمر تلجأ إليه الكثير من شركات صناعة البطاريات ويتسم بحلول معقولة".
لكن حتى مع التحول إلى بطاريات ذات كميات أقل من الكوبالت، لا يزال من المتوقع أن يزيد حجم الطلب على هذا المعدن أكثر من الضعف بحلول عام 2025، وفقا لوود ماكينزي. يقول فيسواناثان: "من الصعب عدم استخدام الكوبالت نهائيا، أما تخفيض الكمية المستخدمة فهو أمر ممكن، لكن عدم استخدامه أمر صعب للغاية في هذه المرحلة".
من جانبه، يقول زيمرمان إن البطاريات التي تستخدم كمية منخفضة من الكوبالت لا تزال تشكل خطرا كبيرا بحدوث حريق ما يتطلب وجود تكنولوجيا مراقبة باهظة التكاليف.
في مكتبه الصغير، يقوم بتشغيل مقاطع فيديو على جهاز حاسوبه المحمول لمسامير تغوص في أحدث إنتاج لمهبط بكمية كوبالت منخفضة ومع وجود محلول إلكترولايت سائل، وهو يطلق على هذه العملية اسم "اختبار اختراق المسامير". هناك دخان وحريق وأمور سيئة على وشك الحدوث، بحسب ما يقول، أثناء مراقبتنا للخلايا وهي تتعرض للحريق في غرفة معدنية. في مثل هذا النوع من الحرائق، تنتج الغازات السامة التي تتطلب فرق إطفاء يرتدي أفرادها ملابس خاصة بإطفاء الحريق. يقول: "كل ما في الأمر أنها غير آمنة أساسا".
يضيف زيمرمان قائلا: "الكوبالت معدن باهظ الثمن – ويجري استخراجه من مصادر غير موثوقة في الكونغو، لذلك يريد الناس إدخال كمية كوبالت أقل. عندما تضاف كميات أقل من الكوبالت، ترتفع فولتية المهبط ولا تستطيع الشوارد السائلة الحالية العمل في مثل هذه الفولتية الأعلى. لكن المادة المبلمرة يمكنها العمل".
تقول أيونيك إنها اختبرت المادة المبلمرة لديها بمهابط إما أنها مصنعة من كمية كوبالت أقل أو لم يدخل الكوبالت أصلا في تصنيعها وتعمل الآن مع شركات بهدف تسويق هذه التكنولوجيا. في حال نجحت عملية التسويق، تقول إنها قد تشق طريقها في مجال البطاريات في غضون سنوات قليلة وفي مجال السيارات الكهربائية بعد ذلك.
يقول جوي، الذي شارك في تأسيس شركة صن مايكروسستمز وكتب بعضا من البرامج المهمة التي قامت عليها الإنترنت، إن مثل هذه التكنولوجيات مهمة لمعالجة ظاهرة التغير المناخي، مضيفا أن المزيج الحالي من المواد "وصل إلى أقصى قدراته".
"ما حدث حين اخترعت سوني أيون الليثيوم، أقول إنه انتهى المطاف بنا مع أمور تحصل على إعادة الشحن. لكنهم استسلموا. ليس فقط من حيث السلامة والتكاليف، وإنما أيضا من حيث الوفرة، لأنه لا توجد كميات فعلية من الكوبالت تكفي لإمداد العالم بالكهرباء". إنشرها
أضف تعليق
