الليثيوم … هل ينافس النفط على عرش الطاقة؟ وما التحديات التي يواجهها؟

“الليثيوم” أو كما يسمى الذهب الأبيض والذي يرى كثير من المحللين أنه سيكون له مستقبلاً مليئاً بمزيد من الطلب المتسارع، وفريق آخر يؤكد أنه يوجد انتعاشة مؤكدة في انتظاره خاصة  مع تحول الأنظار تجاه السيارات الكهربية. ومع ذلك فريق آخر يرى أن هناك تحديات تواجه صناعة الليثيوم.

ماهي استخدامات الليثيوم ؟

ظهرت في الآونة الآخيرة العديد من الاستخدامات لمعدن الليثيوم؛ فمن المحتمل أن يتم تشغيل الهواتف وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية والكاميرات الرقمية والعديد من الأجهزة الأخرى التي تعمل بالبطاريات بواسطة بطاريات ليثيوم أيون، كما يمكن استخدامه أيضًا للتخزين الشبكي وتصنيع الزجاج المقاوم للحرارة والسيراميك، والشحوم الصناعية.

التحول للسيارات الكهربائية

 و ربما كان التطور الأكثر ضخامة الذي يعمل به الليثيوم، منذ ظهوره لأول مرة في السوق في التسعينيات، هو الطفرة في السيارات الكهربائية. فعلى الرغم من أن أقل من 1٪ من السيارات تعمل بالكهرباء ، فإن هذه المركبات تستخدم نصف إمدادات بطاريات الليثيوم أيون في العالم. ومن المتوقع أن يزداد حجم سوق السيارات الكهربائية بأكثر من ثلاثين ضعفًا بحلول عام 2030. ومع نمو هذا السوق، فمن المؤكد تقريبًا أن حصتها السوقية من استخدام بطاريات الليثيوم أيون ستنمو أيضًا.

ما الذي يجعل الليثيوم مميزًا جدًا؟

 يحتوي الليثيوم على إلكترون واحد على غلافه الخارجي، يُعرف باسم إلكترون التكافؤ، والذي يمكّنه من تكوين رابطة كيميائية عندما يكون الغلاف مفتوحًا مما يمكنه من توصيل التيارات الحرارية والكهربائية بسهولة.

الليثيوم أيضًا معدن قلوي أخف وزنًا ، مما يجعله خيارًا مثاليًا للاستخدام في الأجهزة المحمولة. كما تنتقل أيونات الليثيوم من القطب السالب إلى القطب الموجب عند التفريغ والعكس صحيح ، مما يتيح إعادة شحن بطاريات الليثيوم. يمكن أن توفر بطاريات الليثيوم أيون أيضًا ثلاثة أضعاف كثافة الطاقة لبطاريات الرصاص التقليدية القابلة لإعادة الشحن.

ما هو سبب نمو الطلب المتسارع على الليثوم في السيارات الكهربائية؟

كان الحافز لهذا الاعتماد السريع هو الكفاءة المذهلة التي تم تحقيقها في إنتاج بطاريات الليثيوم.
فقد كانت تكلفة إنتاج بطاريات الليثيوم أيون حوالي 3000 دولار لكل كيلوواط / ساعة عندما تم طرحها تجاريًا لأول مرة في منتصف التسعينيات. انخفض هذا الرقم إلى 190 دولارًا لكل كيلوواط / ساعة،
ومن المتوقع أن يقترب من 100 دولار لكل كيلوواط / ساعة في السنوات المقبلة.

وبحسبة بسيطة، نجد أن 300 دولار لكل كيلوواط/ ساعة تعادل حوالي 3 دولارات للجالون الواحد من البنزين ،
في حين أن 150 دولارًا للكيلوواط/ الساعة تعادل 2 دولار للجالون.
في حين أنه من المفترض أن تعادل 1.5 دولار، وبالتالي من المؤكد أن هذه التحسينات ستسرع في التحرك نحو السيارات الكهربائية والابتعاد عن النفط في خلال عشرة أعوام كما يرى المحللون.

تسلا تطور Powerwall  من الليثيوم لتصبح أكثر ذكاءا

في 2017، تمكنت شركة تسلا، من تركيب مزرعة للبطاريات في جنوب أستراليا،
و التي ساعدت السكان على توفير 116 مليون دولار من تكاليف الطاقة،
حيث تمكنت من تصميم أكبر بطارية ليثيوم أيون في العالم للمساعدة في تقليل خطر انقطاع التيار الكهربائي،
ولكنها كانت تعمل من خلال في توفير الطاقة للمنزل ولشاحن سيارة
Tesla إذا تم توصيل شاحن Tesla بألواح الطاقة المستخدمة من الليثيوم.

في يونيو 2020، استطاعت تسلا تطوير تلك البطاريات (Powerwall) لتصبح أكثر ذكاءا؛
فعندما ينقطع التيار الكهربي سيتواصل Powerwall مع شاحن Tesla ذاتيا ليعملا لمشاركة الطاقة.

فإذا لم يكن لدى Powerwall ما يكفي من الطاقة المخزنة لتشغيل احتياجات المنزل الأساسية، فسيتوقف تلقائيًا عن شحن السيارة،
وبالتالي فهي أداة فعالة ويتم شحنها من الطاقة الشمسية أو الرياح.

مع صعود سوق السيارات الكهربائية؛ يتزايد الطلب على معدن (الليثيوم) الذي يدخل في مكونات البطاريات القابلة لإعادة الشحن في السيارات الكهربائية

وفي العامين الماضيين انخفض سعر المعدن بمقدار 50% ومن المتوقع أن يواجه العالم عجز في الإمدادات بحلول 2025، مما يتطلب تقنيات متقدمة لاستخراجه pic.twitter.com/MWxu78ftHB

— RommanApps (@rommanapps) December 4, 2020

التحديات التي تواجه الليثيوم

• الطلب المتسارع

حيث أنه في ظل الزيادة المطردة في الطلب داخل الأسواق العالمية،
من المحتمل أن تواجه الصناعة عجزاً سنوياً قدره 100 ألف طن بحلول عام 2025، وفقاً لتوقعات صادرة عن شركة “مورنينج ستار”.

وذكر المحللون فى مجموعة «سيتى جروب»، أن الصناعة ستحتاج إلى النمو بأكثر من 8 أضعاف لدعم «تسلا»،
وذلك للوصول إلى نسبة الإنتاج السنوي المستهدفة والبالغة 20 مليون سيارة بحلول عام 2030،
الأمر الذى يتطلب بطاريات بسعة 3 تيرا/ واط فى الساعة سنويا.
لذا يرى المحللون أن تسلا تخاطر بنقص الليثيوم ومواجهة ارتفاع محتمل فى الأسعار على مدار العقد المقبل

وقالت شركة «وود ماكينزى» لاستشارات الطاقة إن ثمة حاجة لاستثمار 50 مليار دولار فى صناعة الليثيوم خلال الـ15 عاماً المقبلة
لتلبية الطلب على البطاريات، إذا كان العالم يريد أن يفى بأهداف اتفاقية باريس للمناخ.

• الصراع على الليثيوم

إن إحدى المشكلات التى تواجهها «تسلا» هى وجود احتكار مزدوج خارج الصين لهيدروكسيد الليثيوم فى «ألبيمارل» و«ليفنت»، وبالرغم من أنهما لم يطورا قدرتهما فى مجال التنقيب والإنتاج، إلا أن متطلبات «تسلا» تزداد كل عام، وحجم انتاجها لن يلبى سوى جزء صغير من احتياجاتها .

وفى الوقت نفسه، يعتقد مسئول تنفيذى آخر فى مجال الليثيوم، أن «تسلا» ستحتاج أيضاً إلى تصاريح فيدرالية لبدء عملية التعدين فى نيفادا، وهى عملية قد تستغرق أعوام.

• السلامة

تعد السلامة إحدى المشاكل الرئيسية التي تحيط ببطاريات الليثيوم عالية الطاقة،
حيث تسببت في حرائق في بعض الهواتف الذكية وتحطم سيارات Tesla في السنوات الأخيرة.

ومن هنا ظهرت عدة بدائل تنافس الليثيوم مثل توليد الطاقة من خلال الهيدروجين،
كما اكتشف أحد العلماء طريقة لاستبدال المكونات الأساسية للبطاريات من أجل تسريع وتبسيط عملية التصنيع،
وكذلك أرخص بنسبة 90% فى إنتاجه من بطاريات الليثيوم أيون القياسية، ومن المحتمل أن يكون أكثر أمانًا.