معظم البطاريات اليوم هي بطاريات ليثيوم أيون تستخدم في السيارات الكهربائيةمراكز البياناتوشبكات الطاقة الثابتة لألواح الطاقة الشمسية وتوربينات الرياح، وكذلك في الأشياء اليومية مثل الهواتف وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والدراجات البخارية الكهربائية.
يتطلب الليثيومكميات هائلة من الماءللاستخراج والتكرير حوالي 2 مليون لتر من الماء لكل طن متري من الليثيوم، وفقا لمعهد أبحاث الطاقة.
على سبيل المثالتشيلي، ثاني أكبر منتج للليثيوم في العالم، تستخدم الصناعة عملية استخراج المالحوالذي ينقل المياه العذبة النادرة بالفعل من المجتمعات الأصلية المحلية ويسبب ضررًا جسيمًا للأنظمة الإيكولوجية الهشة في الأراضي الرطبة القريبة.
علاوة على ذلك، تتطلب بطاريات ليثيوم أيون المعادن الثقيلة مثل الكوبالت والنيكل والمنجانيز والنحاس في الكاثودات، والتي تسحب الأيونات من الأندود عندما يتم تفريغ البطارية.
معظم احتياطيات الكوبالت في العالم تقع فيجمهورية الكونغو الديمقراطيةحيث تستغل مناجم الليثيوم العمال بشكل روتيني، وتلوث مصادر المياه، وتطلق الغبار السام والجسيمات في الهواء.
وبالإضافة إلى الاعتبارات الأخلاقية، فإن الجيوسياسة تفرض تحدياتها الخاصة.يهيمن على السوق، مع 68 في المائة من القدرة العالمية لتكرير الكوبالت، و 72 في المائة من القدرة التكرير الليثيوم و 83 في المائة من القدرة التصنيعية ليثيوم أيون.
هذه الفخاخ تجعل العلماء والشركات على حد سواء يبحثون عن مصادر بديلة من طاقة البطارية.
بعض الأمثلة تشملالزنك المائي,بطاريات التدفقوحتىالجاذبيةيعمل بتحويل الطاقة الحركية إلى كهرباء
لكن هناك مادة رخيصة و وفيرة و متاحة بسهولة تقود السباق لتحل محل الليثيوم كمكون رئيسي في البطاريات.
الملح.
(جان ماري تاراسكون) ، أستاذ الفيزياء وكيمياء الحالة الصلبة في كلية (فرنسا) ، يؤمن بفوقية الصوديوم منذ 15 عامًا على الأقل
بصفتي مؤسس ومدير شبكة البحوثRS2Eلقد قاد فريق طوّر بطارية الصوديوم في الكلية وجامعة بيكارديابالنظر إلى أن فيرن كان أول من تصور بطارية الملح الخيالية في كتابه,عشرون ألف ميل تحت البحر.
يقول تاراسكون: "المحرك الرئيسي في حالتي هو الاستدامة". "في عام 2010، كان من الواضح أن العالم سيستقبل بطاريات ليثيوم أيون وسوف نفد من هذا الموارد".
قررنا إيجاد بديل لهذا السبب انتقلنا إلى الصوديوم
البطاريات الصوديومية لها سلوك كيميائي مماثل للبطاريات الليثيومية، على الرغم من عدم وجود تأثيرات بيئية سلبية، كما يقول شان تشانغ.باحث في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في غوتنبرغالسويد
"عملية التصنيع متشابهة أيضاً، مما يعني أنك لا تحتاج حقاً لاختبار خط الإنتاج كثيراً"، كما تضيف.يمكنك استخدام خطوط الإنتاج القائمة وإجراء بعض التعديلات على بطارية الملح.
تقول تشانغ أن بطاريات الصوديوم أكثر أماناً من بطاريات الليثيوم وأفضل في درجات الحرارة القاسية.
البطاريات الليثيوم أيون كانت مسؤولة عن عدد لا يحصى من الحرائق،مصنع تخزين البطاريات في كاليفورنيافي وقت سابق من هذا العام الذي احترق لعدة أيام وأدى إلى إجلاء حوالي 1200 من السكان المحليين.
في عام 2024، قاد (تشانغ)دراسةوالذي درس الآثار المناخية المستقبلية لأنواع مختلفة من بطاريات الملح، مع التركيز على انبعاثات الكربون.
وجد فريقها أنه بحلول عام 2050، استخدام الطاقة المتجددة لتصنيع البطاريات يمكن أن يقلل من تأثيرها على المناخ بنسبة 43 إلى 57 في المئة مقارنة بمستويات عام 2020.
"تتراجع التأثيرات المناخية كلما تقدمنا في المستقبل، من عمليات التصنيع، والتعدين، وكذلك العمليات السابقة للسلسلة"، كما تقول.
لكن المواد الكيميائية المستخدمة في الكاثود لا تزال مصدر قلق، كما تقول، وسيتعين معالجتها بمزيد من الاستثمار في أبحاث بطاريات الأيونات الصوديومية.
إذاً، ما الذي يمنع استخدام أكبر للبطاريات الصوديومية؟السعر المنخفض لليثيوم، والحفاظ عليه تنافسية مع الصوديوم.
بعد أن ارتفعت إلى مستوى قياسي يبلغ 83000 دولار أمريكي للطن في نوفمبر 2022،سعر الليثيوموقد انخفضت منذ ذلك الحين، حيث بلغت أدنى مستوى لها في الشهر الماضي عند 8400 دولار أمريكي فقط للطن، حيث بدأت مبيعات السيارات الكهربائية (EVs) ببطء أكثر مما كان متوقعا.
عقبة أخرى هي أن الصوديوم أقل كثافة من الليثيوم، مما يعني أن مساحة وطاقة أكثر مطلوبة للحفاظ على نفس الشحنة.
وهذا يؤدي إلى بطارية أكبر وأثقل، والتي هي أقل من مثالية في سيارتك أو في هاتفك، على سبيل المثال.
وبدلاً من استبدال الليثيوم بالكامل، يحتاج الصوديوم إلى العثور على تطبيقات محددة، حيث الحجم والوزن ليسا مشكلة، كما يقول تشانغ.
بينما يواصل العلماء العمل على تحسين كثافة الطاقة الخاصة بهم، واحد من الأماكن المناسبة للبطاريات الصوديومية هي في أنظمة تخزين الطاقة الثابتة،حيث يمكن تخزين الطاقة وتفريغها عند الحاجة لتوازن الشبكة الكهربائية.
في الواقع، بلومبرج تمويل الطاقة الجديدة (BNEF)التخطيطحصة سوقية بنسبة 15% للبطاريات الصوديومية في تخزين الطاقة بحلول عام 2035، ارتفاعا من 1% اليوم.
في الولايات المتحدة، تقوم شركة ناترون للطاقة التي تتخذ من وادي السيليكون مقراً لها بتصنيع بطاريات الصوديوم الأيونية لتركيبها في مراكز البيانات وشركات الحوسبة السحابية، بالإضافة إلى شاحنات سريعة للسيارات.
لقد أطلقت مؤخراً الأرض علىمحطة جديدة بقيمة 1.4 مليار دولار في كارولينا الشمالية، مما يمثل زيادة 40 ضعف في القدرة.
في الوقت نفسه، في المملكة المتحدة، فاراديون، وهي شركة تابعة لشركة "ريليانس نيو إنرجي" الهندية،تصنيع بطاريات الأيونات الصوديوميةللنقل والتخزين والطاقة الاحتياطية.
وفي فرنسا، ابتكرت شركة "تيامات" التي تعمل "تاراسكون" كمستشار علمي، أول بطارية من أيونات الصوديوم مصممة لاستخدامها في منتج تجاري:حفرة كهربائية بلا سلك.
الشهر الماضي، هووقعت على عقد مع شركة تكنولوجيا أمريكية (إنديفور)لصنع بطاريات لمراكز البيانات الذكية.
أكبر من يستخدم بطارية الصوديومالصينوتهيمن البلاد بالفعل على سوق بطاريات ليثيوم أيون، وهو أحد الأسباب التي جعلتها تغير بسهولة، كما يقول تشانغ.
وقد استثمرت الشركات الصينية بالفعل أكثر من 7.6 مليار دولار أمريكي في تكنولوجيا أيونات الصوديوم،منشآت إنتاج جديدةتم الإعلان عنها في عام 2024 وحده
شركات مثل ياديا، هينا، وتكنولوجيا أمبريكس المعاصرة (CATL) تقوم الآن ببناء ميزة تنافسية في سوق بطاريات الصوديوم الأيون العالمية،أخذ خطوة كبيرة أخرى في صناعة التكنولوجيا النظيفة.
وعلى عكس نظرائهم الغربيين، هم بالفعل يضعون المركبات التي تعمل بالصوديوم على الطرق.
ياديا، على سبيل المثال، بدأت تبيعالدراجات الكهربائيةتعمل بالصوديوم بعد نجاحمشروع تجريبي مع 150،000 ساعي توصيل الطعامفي شنتشن.
في حين أن هذه السيارات ذات العجلات الثنائية لديها مدى 70 كيلومترا فقط، صمم الشركة محطات لتبادل البطاريات حيث يمكن للمالكين تبديل البطاريات المستنفدة في أقل من دقيقة،بدلاً من الانتظار لساعات لإعادة شحنها.
"كاتل"، أكبر مصنع بطاريات في العالم للسيارات الكهربائية وتخزين الطاقة،أعلن عن خطة في وقت سابق من هذا العام لإنتاج الكتلة من بطاريات الصوديوم-آيون للشاحنات الثقيلة والسيارات تحت علامة تجارية جديدة تسمىناكسترا.
الدراجات النارية الكهربائية والدراجات النارية الكهربائية موجودة بالفعل في كل مكان في الصين، مع بعض55 مليون بيعتفي عام 2023 وحده
الآن، قد تخلق حملة البلاد على السيارات التي تعمل ببطاريات الصوديوم إمكانات هائلة للتوسع في جميع أنحاء الجنوب العالمي، وخاصة في آسيا وأفريقيا، كما تقول كيت لوغان،مدير مركز الصين للمناخ ودبلوماسية المناخ في الولايات المتحدةعلى أساس الولايات المتحدةمعهد سياسة المجتمع الآسيوي.
لأن استخدام المركبات ذات العجلات الثنائية والثلاثية يركز في الجنوب العالمي، ستكون هذه الأسواق أكثر أهمية للشركات الصينيةبدلاً من أن تكون مدفوعة بعوامل مثل التوترات التجارية وعدم الوصول إلى أسواق الشمال العالمي"توضح"
وأضافت أن تحويل هذه الدراجات والسيارات الكهربائية إلى طاقة كهربائية عبر أسواق الجنوب العالمي سيكون له تأثير كبير على كل من الانبعاثات واستخدام الوقود الأحفوري.
من جانبه، يرى تاراسكون تغييرا كبيرا قادما في حجم السيارات خلال العقد المقبل في الشمال العالمي أيضا.
"سنحصل على سيارات أصغر في المدن، وأكثر من سيارات الأجرة، وأكثر من المركبات ذات المدى القصير، لذلك تلقائيًا، ستلعب بطارية الصوديوم أيون لعبة كبيرة"، كما يقول.
إذا نظرت إلى المستقبل، ستتحسن هذه التكنولوجيا بالتأكيد، وأعتقد أنها ستحصل على جزء كبير من السوق لأنه هناك طلب كبير على طاقة البطارية،والليثيوم أيون لا يمكن أن تجعل كل شيء.
معظم البطاريات اليوم هي بطاريات ليثيوم أيون تستخدم في السيارات الكهربائيةمراكز البياناتوشبكات الطاقة الثابتة لألواح الطاقة الشمسية وتوربينات الرياح، وكذلك في الأشياء اليومية مثل الهواتف وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والدراجات البخارية الكهربائية.
يتطلب الليثيومكميات هائلة من الماءللاستخراج والتكرير حوالي 2 مليون لتر من الماء لكل طن متري من الليثيوم، وفقا لمعهد أبحاث الطاقة.
على سبيل المثالتشيلي، ثاني أكبر منتج للليثيوم في العالم، تستخدم الصناعة عملية استخراج المالحوالذي ينقل المياه العذبة النادرة بالفعل من المجتمعات الأصلية المحلية ويسبب ضررًا جسيمًا للأنظمة الإيكولوجية الهشة في الأراضي الرطبة القريبة.
علاوة على ذلك، تتطلب بطاريات ليثيوم أيون المعادن الثقيلة مثل الكوبالت والنيكل والمنجانيز والنحاس في الكاثودات، والتي تسحب الأيونات من الأندود عندما يتم تفريغ البطارية.
معظم احتياطيات الكوبالت في العالم تقع فيجمهورية الكونغو الديمقراطيةحيث تستغل مناجم الليثيوم العمال بشكل روتيني، وتلوث مصادر المياه، وتطلق الغبار السام والجسيمات في الهواء.
وبالإضافة إلى الاعتبارات الأخلاقية، فإن الجيوسياسة تفرض تحدياتها الخاصة.يهيمن على السوق، مع 68 في المائة من القدرة العالمية لتكرير الكوبالت، و 72 في المائة من القدرة التكرير الليثيوم و 83 في المائة من القدرة التصنيعية ليثيوم أيون.
هذه الفخاخ تجعل العلماء والشركات على حد سواء يبحثون عن مصادر بديلة من طاقة البطارية.
بعض الأمثلة تشملالزنك المائي,بطاريات التدفقوحتىالجاذبيةيعمل بتحويل الطاقة الحركية إلى كهرباء
لكن هناك مادة رخيصة و وفيرة و متاحة بسهولة تقود السباق لتحل محل الليثيوم كمكون رئيسي في البطاريات.
الملح.
(جان ماري تاراسكون) ، أستاذ الفيزياء وكيمياء الحالة الصلبة في كلية (فرنسا) ، يؤمن بفوقية الصوديوم منذ 15 عامًا على الأقل
بصفتي مؤسس ومدير شبكة البحوثRS2Eلقد قاد فريق طوّر بطارية الصوديوم في الكلية وجامعة بيكارديابالنظر إلى أن فيرن كان أول من تصور بطارية الملح الخيالية في كتابه,عشرون ألف ميل تحت البحر.
يقول تاراسكون: "المحرك الرئيسي في حالتي هو الاستدامة". "في عام 2010، كان من الواضح أن العالم سيستقبل بطاريات ليثيوم أيون وسوف نفد من هذا الموارد".
قررنا إيجاد بديل لهذا السبب انتقلنا إلى الصوديوم
البطاريات الصوديومية لها سلوك كيميائي مماثل للبطاريات الليثيومية، على الرغم من عدم وجود تأثيرات بيئية سلبية، كما يقول شان تشانغ.باحث في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في غوتنبرغالسويد
"عملية التصنيع متشابهة أيضاً، مما يعني أنك لا تحتاج حقاً لاختبار خط الإنتاج كثيراً"، كما تضيف.يمكنك استخدام خطوط الإنتاج القائمة وإجراء بعض التعديلات على بطارية الملح.
تقول تشانغ أن بطاريات الصوديوم أكثر أماناً من بطاريات الليثيوم وأفضل في درجات الحرارة القاسية.
البطاريات الليثيوم أيون كانت مسؤولة عن عدد لا يحصى من الحرائق،مصنع تخزين البطاريات في كاليفورنيافي وقت سابق من هذا العام الذي احترق لعدة أيام وأدى إلى إجلاء حوالي 1200 من السكان المحليين.
في عام 2024، قاد (تشانغ)دراسةوالذي درس الآثار المناخية المستقبلية لأنواع مختلفة من بطاريات الملح، مع التركيز على انبعاثات الكربون.
وجد فريقها أنه بحلول عام 2050، استخدام الطاقة المتجددة لتصنيع البطاريات يمكن أن يقلل من تأثيرها على المناخ بنسبة 43 إلى 57 في المئة مقارنة بمستويات عام 2020.
"تتراجع التأثيرات المناخية كلما تقدمنا في المستقبل، من عمليات التصنيع، والتعدين، وكذلك العمليات السابقة للسلسلة"، كما تقول.
لكن المواد الكيميائية المستخدمة في الكاثود لا تزال مصدر قلق، كما تقول، وسيتعين معالجتها بمزيد من الاستثمار في أبحاث بطاريات الأيونات الصوديومية.
إذاً، ما الذي يمنع استخدام أكبر للبطاريات الصوديومية؟السعر المنخفض لليثيوم، والحفاظ عليه تنافسية مع الصوديوم.
بعد أن ارتفعت إلى مستوى قياسي يبلغ 83000 دولار أمريكي للطن في نوفمبر 2022،سعر الليثيوموقد انخفضت منذ ذلك الحين، حيث بلغت أدنى مستوى لها في الشهر الماضي عند 8400 دولار أمريكي فقط للطن، حيث بدأت مبيعات السيارات الكهربائية (EVs) ببطء أكثر مما كان متوقعا.
عقبة أخرى هي أن الصوديوم أقل كثافة من الليثيوم، مما يعني أن مساحة وطاقة أكثر مطلوبة للحفاظ على نفس الشحنة.
وهذا يؤدي إلى بطارية أكبر وأثقل، والتي هي أقل من مثالية في سيارتك أو في هاتفك، على سبيل المثال.
وبدلاً من استبدال الليثيوم بالكامل، يحتاج الصوديوم إلى العثور على تطبيقات محددة، حيث الحجم والوزن ليسا مشكلة، كما يقول تشانغ.
بينما يواصل العلماء العمل على تحسين كثافة الطاقة الخاصة بهم، واحد من الأماكن المناسبة للبطاريات الصوديومية هي في أنظمة تخزين الطاقة الثابتة،حيث يمكن تخزين الطاقة وتفريغها عند الحاجة لتوازن الشبكة الكهربائية.
في الواقع، بلومبرج تمويل الطاقة الجديدة (BNEF)التخطيطحصة سوقية بنسبة 15% للبطاريات الصوديومية في تخزين الطاقة بحلول عام 2035، ارتفاعا من 1% اليوم.
في الولايات المتحدة، تقوم شركة ناترون للطاقة التي تتخذ من وادي السيليكون مقراً لها بتصنيع بطاريات الصوديوم الأيونية لتركيبها في مراكز البيانات وشركات الحوسبة السحابية، بالإضافة إلى شاحنات سريعة للسيارات.
لقد أطلقت مؤخراً الأرض علىمحطة جديدة بقيمة 1.4 مليار دولار في كارولينا الشمالية، مما يمثل زيادة 40 ضعف في القدرة.
في الوقت نفسه، في المملكة المتحدة، فاراديون، وهي شركة تابعة لشركة "ريليانس نيو إنرجي" الهندية،تصنيع بطاريات الأيونات الصوديوميةللنقل والتخزين والطاقة الاحتياطية.
وفي فرنسا، ابتكرت شركة "تيامات" التي تعمل "تاراسكون" كمستشار علمي، أول بطارية من أيونات الصوديوم مصممة لاستخدامها في منتج تجاري:حفرة كهربائية بلا سلك.
الشهر الماضي، هووقعت على عقد مع شركة تكنولوجيا أمريكية (إنديفور)لصنع بطاريات لمراكز البيانات الذكية.
أكبر من يستخدم بطارية الصوديومالصينوتهيمن البلاد بالفعل على سوق بطاريات ليثيوم أيون، وهو أحد الأسباب التي جعلتها تغير بسهولة، كما يقول تشانغ.
وقد استثمرت الشركات الصينية بالفعل أكثر من 7.6 مليار دولار أمريكي في تكنولوجيا أيونات الصوديوم،منشآت إنتاج جديدةتم الإعلان عنها في عام 2024 وحده
شركات مثل ياديا، هينا، وتكنولوجيا أمبريكس المعاصرة (CATL) تقوم الآن ببناء ميزة تنافسية في سوق بطاريات الصوديوم الأيون العالمية،أخذ خطوة كبيرة أخرى في صناعة التكنولوجيا النظيفة.
وعلى عكس نظرائهم الغربيين، هم بالفعل يضعون المركبات التي تعمل بالصوديوم على الطرق.
ياديا، على سبيل المثال، بدأت تبيعالدراجات الكهربائيةتعمل بالصوديوم بعد نجاحمشروع تجريبي مع 150،000 ساعي توصيل الطعامفي شنتشن.
في حين أن هذه السيارات ذات العجلات الثنائية لديها مدى 70 كيلومترا فقط، صمم الشركة محطات لتبادل البطاريات حيث يمكن للمالكين تبديل البطاريات المستنفدة في أقل من دقيقة،بدلاً من الانتظار لساعات لإعادة شحنها.
"كاتل"، أكبر مصنع بطاريات في العالم للسيارات الكهربائية وتخزين الطاقة،أعلن عن خطة في وقت سابق من هذا العام لإنتاج الكتلة من بطاريات الصوديوم-آيون للشاحنات الثقيلة والسيارات تحت علامة تجارية جديدة تسمىناكسترا.
الدراجات النارية الكهربائية والدراجات النارية الكهربائية موجودة بالفعل في كل مكان في الصين، مع بعض55 مليون بيعتفي عام 2023 وحده
الآن، قد تخلق حملة البلاد على السيارات التي تعمل ببطاريات الصوديوم إمكانات هائلة للتوسع في جميع أنحاء الجنوب العالمي، وخاصة في آسيا وأفريقيا، كما تقول كيت لوغان،مدير مركز الصين للمناخ ودبلوماسية المناخ في الولايات المتحدةعلى أساس الولايات المتحدةمعهد سياسة المجتمع الآسيوي.
لأن استخدام المركبات ذات العجلات الثنائية والثلاثية يركز في الجنوب العالمي، ستكون هذه الأسواق أكثر أهمية للشركات الصينيةبدلاً من أن تكون مدفوعة بعوامل مثل التوترات التجارية وعدم الوصول إلى أسواق الشمال العالمي"توضح"
وأضافت أن تحويل هذه الدراجات والسيارات الكهربائية إلى طاقة كهربائية عبر أسواق الجنوب العالمي سيكون له تأثير كبير على كل من الانبعاثات واستخدام الوقود الأحفوري.
من جانبه، يرى تاراسكون تغييرا كبيرا قادما في حجم السيارات خلال العقد المقبل في الشمال العالمي أيضا.
"سنحصل على سيارات أصغر في المدن، وأكثر من سيارات الأجرة، وأكثر من المركبات ذات المدى القصير، لذلك تلقائيًا، ستلعب بطارية الصوديوم أيون لعبة كبيرة"، كما يقول.
إذا نظرت إلى المستقبل، ستتحسن هذه التكنولوجيا بالتأكيد، وأعتقد أنها ستحصل على جزء كبير من السوق لأنه هناك طلب كبير على طاقة البطارية،والليثيوم أيون لا يمكن أن تجعل كل شيء.
