Giacomo Margiotta-Mills

تتوقع شركة Gartner أنه بحلول عام 2030، سيكون أكثر من 50٪ من جميع طرازات المركبات التي تسوقها شركات صناعة السيارات عبارة عن سيارات كهربائية. تعتبر بطاريات الليثيوم أيون أساسية لتحقيق فرصة السيارات الكهربائية. إن الحاجة إلى بطاريات الليثيوم أيون كبيرة جداً لدرجة أن وكالة الطاقة الدولية “IEA” تتوقع أن يزداد الطلب على الليثيوم بنسبة 600٪ بحلول عام 2040.

تقدر وكالة الطاقة الدولية أنه بحلول عام 2040، سيصل الطلب العالمي على الليثيوم إلى 1.4 مليون طن سنوياً في سيناريو صافي صفري. المشكلة؟ لا تستطيع جميع المناجم الحالية في العالم مجتمعة تلبية هذا المستوى من الطلب.

تعتمد شركات صناعة السيارات والجهات التنظيمية على إعادة التدوير، وهي قدرة تقع في قلب الاقتصاد الدائري، لاستعادة الليثيوم والمواد الهامة الأخرى من بطاريات السيارات الكهربائية المستعملة، ولكن القيام بذلك يتطلب حل بعض التحديات الرئيسية.

سلسلة توريد الليثيوم المعقدة

على الرغم من أن الانتقال إلى السيارات الكهربائية بالكاد بدأ، إلا أن أوروبا تستورد بالفعل معظم الليثيوم الخاص بها من تشيلي والصين. بغض النظر عن مكان تعدينه، يتم شحن معظم الليثيوم بعد ذلك إلى الصين، التي تسيطر على 70٪ من إنتاج بطاريات السيارات الكهربائية.

تحسب شركة Redwood Materials، وهي شركة إعادة تدوير بطاريات مقرها الولايات المتحدة أسسها الشريك المؤسس لشركة Tesla، JB Straubel، أن جميع عمليات الشحن تضيف ما يصل إلى رحلة غير ضرورية ومكلفة وكثيفة الكربون تبلغ 50000 ميل أو أكثر، وليس فقط لليثيوم، ولكن أيضاً للمواد الهامة الأخرى، بما في ذلك الكوبالت والنيكل. إنها سلسلة توريد محفوفة بالمخاطر وعرضة للقضايا الجيوسياسية والأوبئة والنزاعات التجارية.

إعادة تدوير الليثيوم.. حل تكميلي

مما يثير السؤال.. ماذا لو حدث اضطراب في سلسلة توريد الليثيوم غداً؟

إجابة الجهات التنظيمية.. استعادة المواد الهامة، بما في ذلك الليثيوم والكوبالت والنيكل والنحاس، من بطاريات السيارات الكهربائية المستعملة عن طريق إعادة تدويرها.

للقضاء على هذه المخاطر، تعمل كل من الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي على تطوير سلاسل توريد كاملة لليثيوم أيون داخل حدودهما. بالإضافة إلى التعدين الحالي، تقوم المنطقتان أيضاً بتطوير مناجم الليثيوم الخاصة بهما، ولكن معظمها لن يبدأ الإنتاج لسنوات.

تتطلب لوائح الاتحاد الأوروبي التي يتم تطبيقها تدريجياً حالياً من مصنعي البطاريات إنشاء دورة حياة دائرية لليثيوم باستخدام نسبة من الليثيوم المعاد تدويره في البطاريات الجديدة. تزداد هذه النسبة كل عام. اليوم، يتم استخراج 50٪ فقط من المواد الخام للبطاريات من خلال إعادة التدوير، ولكن العلم موجود لرفع هذا الرقم إلى أكثر من 90٪.

جوازات سفر البطاريات ستعزز إعادة التدوير وإعادة الاستخدام

إعادة تدوير البطاريات لإنشاء دورة حياة دائرية لليثيوم تحمل وعداً هائلاً ولكنها ليست عملية سهلة. تختلف مواد البطاريات وكيمياءها وطرق تجميعها على نطاق واسع، حتى بين بطاريات الليثيوم أيون، وعمليات إعادة التدوير متنوعة بنفس القدر.

لتسهيل إعادة التدوير، أصدر الاتحاد الأوروبي قراراً بأن جميع البطاريات يجب أن تأتي مع “جواز سفر البطارية”، وهو سجل إلكتروني للمواد والكيمياء المستخدمة في البطارية، ومكان الحصول على المواد، وكيف وأين تم تصنيع البطارية، وكيف تم استخدامها ومقدار العمر الإنتاجي المتبقي. بطاريات السيارات الكهربائية الأولى تصل الآن فقط إلى نهاية عمرها وتصبح متاحة لإعادة الاستخدام أو إعادة التدوير.

جوازات سفر البطاريات.. من أين نحصل على البيانات؟

جوازات سفر بطاريات السيارات الكهربائية جيدة فقط بقدر البيانات التي تحتوي عليها، لذلك من أين ستحصل شركات صناعة السيارات على البيانات؟ الكثير منها متاح بالفعل في أنظمة البرامج التي تستخدمها الشركات لتصميم وبناء سياراتها. هذه البيانات، والقدرة على نقلها إلى جواز سفر البطارية، ستتحسن مع اقتراب مصادر البطاريات وإنتاجها من المكان الذي يتم فيه تصنيع السيارات الكهربائية.

للإبلاغ عن أداء البطارية ومتوسط العمر المتوقع وحالة الصحة، سيعتمد المصنعون على مزيج من البيانات المحاكاة والواقعية.

يمكن أن يساعد استخدام التوائم الافتراضية لنمذجة ومحاكاة الفيزياء والكيمياء، جنباً إلى جنب مع الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي، شركات السيارات على التنبؤ بدقة بعمر معظم الخلايا في حزمة البطارية، بالإضافة إلى التحسين لبارامترات أخرى مثل الأداء والسلامة والمصادر. تتمتع هذه الشركات بمعرفة عميقة فيما يتعلق بتركيبة كل مكون من مكونات المواد في خلايا البطارية، بما في ذلك نتائج الاختبار الفعلية والتوقعات النظرية.

مع اقتراح تركيبات كيميائية جديدة، يمكن أن تساعد المحاكاة في التنبؤ بالتركيبات التي ستنجح والتي يجب التخلي عنها، قبل أن تقوم الشركات باستثمارات كبيرة في تطويرها.

شبكات القيمة الدائرية

توضح دورة حياة الليثيوم كيف أن إعادة تدوير المواد الهامة من بطاريات السيارات الكهربائية أمر ممكن.

إن إعادة استخدام بطاريات الليثيوم أيون من السيارات الكهربائية لتخزين الطاقة على الشبكة الكهربائية، وإعادة تدويرها لاستعادة المواد الهامة عالية القيمة التي تحتوي عليها، ليس جيداً لمستقبل اعتماد السيارات الكهربائية فحسب، بل إنه جيد أيضاً للكوكب.

بينما ننتقل إلى السيارات الكهربائية ويزداد الطلب على البطاريات، فإن الخبر السار هو أن السباق لتسريع استعادة الليثيوم وإعادة تدويره يشتد.

إعداد: وحدة الترجمات بمركز سمت للدراسات
المصدر: THE ENGINEER