خداحافظی با عناصر نادر خاکی

به گزارش باشگاه آلومینیوم، در مسیر تحول جهانی صنعت انرژی‌های پاک، نوآوری‌های فناوری باتری نقش کلیدی ایفا می‌کند. به‌ویژه در شرایطی که وابستگی شدید قاره اروپا به تامین‌کنندگان عمده مواد معدنی حیاتی همچون لیتیوم، کبالت و نیکل به ویژه از کشورهای چین و جمهوری دموکراتیک کنگو چالش‌های فراوانی را به همراه داشته است. اکنون اما فرانسه با معرفی نوعی باتری فلزی مبتنی بر گرافن و آلومینیوم، انقلابی در صنعت باتری رقم زده است که می‌تواند به طور چشمگیری وابستگی اروپا به عناصر نادر را کاهش دهد و گامی بزرگ در جهت استقلال و پایداری انرژی در این قاره بردارد.

باتری‌های لیتیومی که تاکنون ستون فقرات خودروهای الکتریکی و تجهیزات الکترونیکی بوده‌اند، به مواد معدنی نادر و گران‌قیمتی نیاز دارند که تهیه آنها علاوه بر هزینه‌های بالا، تبعات اجتماعی و زیست‌محیطی قابل‌توجهی دارد. در مقابل اما قرار است با جایگزینی موادی که فراوان، ارزان و قابل بازیافت هستند عملکردی برابر با باتری‌های لیتیومی ارائه داد.

اتحادیه اروپا در سال ۲۰۲۴ حمایت قوی از توسعه این فناوری‌ها را اعلام کرده است تا ضمن تضمین تامین پایدار مواد اولیه، مسیر رسیدن به هدف بزرگ کاهش انتشار کربن به صفر را تسریع کند. این ابتکار نه‌تنها به کاهش ریسک‌های ژئوپلیتیکی کمک می‌کند بلکه با ایجاد زنجیره تامین بومی و افزایش ظرفیت بازیافت مواد، به امنیت انرژی و حفظ محیط‌زیست نیز یاری می‌رساند.

این تحول اگر در مقیاس صنعتی موفق عمل کند می‌تواند الگویی نوین برای اروپا و جهان باشد؛ الگویی که ضمن کاهش هزینه‌ها تا ۳۰درصد، فرآیند بازیافت و مدیریت پسماند را نیز ساده‌تر کرده و باعث افزایش طول عمر باتری‌ها در خودروهای الکتریکی و سامانه‌های ذخیره انرژی خواهد شد. در نهایت، این پیشرفت فناورانه نمادی از حرکت به سوی استقلال انرژی، پایداری زیست‌محیطی و رقابت‌پذیری در بازار جهانی باتری است که می‌تواند نقش مهمی در بازتعریف چشم‌انداز انرژی پاک و اقتصاد سبز در قرن بیست‌ویکم ایفا کند.

روندی متفاوت اما پایدار

در واقع تولید این باتری الکتریکی بدون استفاده از عناصر خاکی دستاوردی شناخته می‌شود که می‌تواند وابستگی قاره اروپا به تامین‌کنندگان چینی را کاهش دهد و چشم‌انداز صنعت انرژی‌های پاک در جهان را متحول کند. این در حالی است که امروزه بخش عمده‌ای از باتری‌های مورد استفاده در تولید باتری خودروهای الکتریکی و تجهیزات الکترونیکی مصرفی برپایه ساختار لیتیوم‌یون توسعه یافته‌اند که نیازمند عناصری چون کبالت، نیکل، مس و دیگر فلزات نادر خاکی است. بخش قابل‌توجهی از این مواد در کشورهایی همچون چین و جمهوری دموکراتیک کنگو استخراج می‌شود؛ مناطقی که به دلیل حساسیت‌های سیاسی، نگرانی‌های زیست‌محیطی و مسائل اخلاقی مرتبط با فرآیند استخراج همواره مورد توجه بوده‌اند. افزایش تقاضا نیز به رشد قیمت‌ها و احتمال اعمال محدودیت‌های صادراتی این مواد اولیه حیاتی دامن زده است.

حالا گفته می‌شود که به منظور کاهش وابستگی‌ها، تمرکز بر توسعه فناوری‌های جایگزین باتری با بهره‌گیری از مواد اولیه فراوان و ارزان‌قیمت مانند آلومینیوم، سدیم یا پتاسیم و گرافن در کنار سرمایه‌گذاری بر بازیافت کارآمد مواد معدنی و ایجاد زنجیره تامین بومی در کشورهای غربی به ویژه قاره سبز، ریسک‌های ژئوپلیتیکی مرتبط به تامین این مواد اولیه‌ را کاهش می‌دهد. در ضمن این مهم به پایداری زیست‌محیطی و امنیت انرژی در مقیاس جهانی نیز کمک شایانی خواهد کرد. ضمن اینکه گفته شده هدف اصلی از توسعه نسل‌ جدید باتری‌ها، دستیابی به اهداف برآیند انتشار کربن صفر اتحادیه اروپاست. در ضمن تاکید شده که اروپا نباید به وابستگی خود به تامین مواد معدنی حیاتی از منابع خارجی ادامه دهد و باید از این فرصت به وجود آمده نهایت بهره‌برداری را انجام دهد.

کاهش وابستگی جهانی به عناصر نادر خاکی

نمونه سلول‌های باتری طراحی‌ با استفاده از کاتد تقویت‌ شده با گرافن و‌اند آلومینیومی تولید شده‌اند که عملا چالش نیاز به هرگونه استفاده از عناصر نادر خاکی را برطرف کرده است. تلاش‌های مشابه در سطح جهانی همزمان با سایر اقدامات جهانی برای فاصله گرفتن از ترکیب شیمیایی متداول در تولید باتری‌هایی همچون لیتیوم‌یون کماکان ادامه دارد. به‌ عنوان مثال، یک شرکت نوپای آمریکایی واقع در ایالت تنسی اخیرا نخستین باتری پتاسیم‌یون در قالب استاندارد باتری «۱۸۶۵۰» و در راستای تلاش‌های مشابه در سطح جهانی را معرفی کرده است. پتاسیم که به‌ وفور در رسوبات نمکی سراسر جهان یافت می‌شود، همانند آلومینیوم و گرافن می‌تواند دغدغه‌های اخلاقی مرتبط با استخراج مواداولیه حیاتی مانند کبالت و نیکل در زنجیره تامین را مرتفع سازد.

شرکت «Hive Electric» که در نزدیکی شهر لیل در شمال فرانسه مستقر شده، به‌ تازگی این مدل باتری فلزی یونی را طراحی کرده است. به گفته بنیانگذاران این شرکت، سلول‌های جدید که در قالب استاندارد باتری «۱۸۶۵۰» تولید شده‌اند از نظر چگالی انرژی با باتری‌های لیتیوم‌یونی متداول برابری می‌کنند و در عین حال قابلیت شارژ سریع‌تر، ایمنی بیشتر و اثرات زیست‌محیطی کمتری دارند. دراجی، مدیرعامل و بنیانگذار شرکت «Hive Electric» در همین رابطه با بیان اینکه هدف این شرکت در نهایت طراحی یک باتری‌ بسیار پایدار است، افزود: از دو ماده اولیه گرافن و آلومینیوم به دلیل ویژگی‌هایی همچون صرفه اقتصادی بالا، دسترسی آسان و قابل بازیافت بسیار مناسب می‌توان در تولید این نوع باتری و حتی در مقیاس گسترده استفاده کرد.

حمایت اتحادیه اروپا

اتحادیه اروپا در سال ۲۰۲۴ با ارائه راهبرد انجمن باتری‌‌سازان، حمایت خود از توسعه این دست نوآوری‌ها را نشان داد. هدف از ارائه این طرح، تامین پایدار فناوری‌های ذخیره انرژی باتری و کاهش وابستگی به منابع تامین خارجی مواد اولیه حیاتی است.

به گفته کلر دوبوآ، از مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه هدف اصلی از توسعه نسل‌ جدید باتری‌ها چه باتری‌های فلزی یونی چه پتاسیمی و چه با ترکیبات شیمیایی جدید دیگر دستیابی به اهداف برآیند انتشار کربن صفر اتحادیه اروپا ذکر شده‌ است.

وی تصریح کرد: اروپا نباید به وابستگی خود به تامین مواد معدنی حیاتی از منابع خارجی ادامه دهد و باید از این فرصت به وجود آمده نهایت بهره‌برداری را انجام دهد.

دوبوآ خاطرنشان کرد: پیشرفت‌های صورت گرفته در تولید باتری‌ها با ترکیب شیمیایی جدید مانند باتری تولید شده توسط شرکت «Hive Electric» نشان می‌دهد که اروپا توانایی رقابت و پیشتازی در توسعه فناوری‌های جدید در صنایع انرژی‌های پاک را داراست.

موفقیت نهایی شرکت «Hive Electric» وابسته به آن است که باتری‌های فلزی یونی این شرکت بتوانند در مقیاس صنعتی از نظر هزینه، دوام و کارایی با باتری‌های لیتیوم‌یونی رقابت کنند. در صورت تحقق این امر این نوآوری می‌تواند یکی از مهم‌ترین چالش‌های زنجیره تامین در گذار جهانی به انرژی‌های پاک را برطرف کند.

فناوری انقلابی در صنعت باتری

به اعتقاد شماری از تحلیلگران، باتری‌های فلزی یونی شرکت «Hive Electric» می‌تواند صنعت باتری را دگرگون سازد چراکه اتکای مهم‌ترین و پرهزینه‌ترین بخش سلول‌های باتری یعنی کاتد به مواد معدنی حیاتی را از بین خواهد برد.

به گفته لوران فران، مشاور فعال حوزه سیستم‌های ذخیره انرژی تولید باتری بدون کبالت و نیکل می‌تواند هزینه تامین مواد اولیه آن را تا ۳۰‌درصد کاهش دهد.

وی در ادامه تاکید کرد: به دلیل ماهیت بی‌خطر گرافن و آلومینیوم، فرآیند بازیافت و مدیریت پسماند این باتری‌ها نیز بسیار ساده‌تر خواهد بود.

قابلیت شارژ سریع‌تر و پایداری حرارتی بالاتر نیز می‌تواند عمر مفید باتری‌ها را در خودروهای الکتریکی و سامانه‌های ذخیره انرژی باتری در شبکه برق را افزایش دهد؛ موضوعی که موجب کاهش دوره بازگشت سرمایه و تسریع روند پذیرش این فناوری در بازار خواهد شد.

در صورت موفقیت توسعه فناوری شرکت «Hive Electric» در مقیاس تجاری و صنعتی، این باتری می‌تواند به الگویی نمونه برای توسعه یک زنجیره کامل تامین اروپا در صنعت باتری تبدیل شود؛ زنجیره‌ای که کمتر تحت‌تاثیر تنش‌های تجاری، چالش‌های زیست‌محیطی و کمبود دسترسی به موادمعدنی حیاتی قرار خواهد گرفت.

در مجموع، نوآوری شرکت

«Hive Electric» نه‌تنها یک پیشرفت فناورانه در صنعت سیستم‌های ذخیره انرژی باتری محسوب می‌شود بلکه به عنوان نمادی از تغییر رویکرد صنعت مذکور به سمت استقلال، پایداری و امنیت انرژی در نظر گرفته خواهد شد. این تحول می‌تواند زمینه‌ساز بازتعریف آینده بازار جهانی باتری و رقابت جدی اروپا با قدرت‌های بزرگ فعال در این صنعت مانند چین باشد.

منبع:‌ جهان صنعت