aleqt (10046) 2021/04/13

إصدار يومي باتفاق خاص مع صحيفة «فاينانشيال تايمز» البريطانية 11 NO. 10046 ، العدد 2021 أبريل 13 هـ، الموافق 1442 الثلاثاء غرة رمضان قال إيلون ماسك، إن البطاريات هي مفتاح المستقبل. فقد دعمت ثــورة التكنولوجيا التي جلبت للعالم الهواتف الذكية والأجهزة الـلـوحـيـة وكــذلــك الـسـيـارات الكهربائية، في الوقت الذي يتم فيه تشجيع المستهلكين على الابتعاد عن الوقود الأحفوري. إلا أن الجانب العلمي وراء بطاريات أيون الليثيوم التي تقود العالم الحديث لم يتغير إلى حد كبير لأكثر من ثلاثة عقود. بــطــاريــات أيـــون الليثيوم المـسـتـخـدمـة في الــســيــارات الكهربائية تضخم الـر القذر الذي يطارد الصناعة. فهي تحتوي عـ مـئـات الكيلوجرامات من المعادن والمواد، خاصة الجرافيت والكوبالت والنيكل عالي النقاء، التي يمكن أن تسبب - أثناء عملية التعدين والتكرير - تلوثا كبيرا وتزيد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. السلامة هي مصدر قلق آخر: هذه البطاريات عرضة للحرائق والانفجارات. مثل هـذه الجوانب السلبية تجعل الإثارة حول بطاريات الحالة الصلبة - وهي تكنولوجيا حظيت بترويج كبير تعد بحل كثير من هذه المخاوف المتعلقة بالبيئة والسلامة - مفهومة. مصدر الطاقة من الجيل التالي الذي سمي بهذا الاسم بسبب الطبقة الرقيقة من الإلكتروليتات الصلبة التي تحل محل السائل القابل للاشتعال في بطاريات أيون الليثيوم الحالية، بإمكانه تخزين الطاقة بشكل أكثر كثافة بكثير. كما تعمل الإلكتروليتات أيضا عمل فاصل البطارية، وهو مكون رئيس في بطارية أيون الليثيوم، ما يقلل من خطر الحريق وكمية المـواد الخام اللازمة. بقي ماسك، الرئيس التنفيذي لشركة صناعة السيارات الكهربائية تسلا، هادئا على غير العادة بشأن موضوع بطاريات الحالة الصلبة، التي نادرا ما تظهر في تصريحاته العامة، بما في ذلك حدث "يوم البطارية" الخاص به في أيلول (سبتمبر) من العام الماضي. البحث عن أوقـات شحن أقصر ومسافات أطـول من دون زيـادة تكلفة حـزم البطاريات وخطر الحرائق وصـل إلى سقف تقني. حل هذه القيود مهم لجعل ثورة السيارات الكهربائية تنطلق حقا. تقدم بطاريات الحالة الصلبة حلا جزئيا، لكن على حساب مركز تسلا المحتمل باعتبارها رائدة السوق بلا منازع من حيث عدد السيارات المبيعة. مبيعات السيارات الكهربائية في أوروبا زادت أكثر من الضعف الــعــام المـــاضي بسبب تنفيذ أهـــداف انبعاثات جـديـدة أكثر تشددا بشأن السيارات الجديدة على مراحل. التزم عدد متزايد من الدول - من المملكة المتحدة إلى ألمانيا - بحظر السيارات الجديدة التي تعمل بالبنزين والديزل بدءا . بينما تنظر الحكومات 2030 من إلى التكنولوجيات الخضراء الآن باعتبارها وسيلة لتعزيز النمو الاقتصادي المتباطئ. في الصين، بيع عـدد قياسي 1.3 من السيارات الكهربائية بلغ مليون العام الماضي. يقول مارك ماو، وهو محلل أبحاث في جيه بي مورجان لإدارة الأصول "لم يعد الأمر يتعلق بالدعم بعد الآن، فهو الآن جزء ضئيل من إجمالي سعر السيارة، نحو العشر. لا مجال أمام المبيعات سوى أن ترتفع". مثل هذا التفاؤل مدفوع جزئيا من شركات صناعة البطاريات التي تقوم بتخفيض تكلفة الإنتاج. بالنسبة لحزمة بطارية الليثيوم إيـون - المكون الأكـ تكلفة في السيارة الكهربائية - انخفضت في 90 أسـعـار خـ يـاهـا بنسبة المائة تقريبا في العقد الماضي دولارات 110 ووصلت إلى نحو ،2020 لكل كيلوواتفي الساعة في وذلـك وفقا للشركة الاستشارية بينشمارك مينيرال إنتليجانس. في المتوسط، تبقى السيارات 30 الكهربائية أكثر تكلفة بنسبة في المـائـة مـن سـيـارات البنزين التقليدية. لكن محللون في بنك يو بي إس يقولون إن تلك الفجوة تتضاءل وتكافؤ الأسعار هو على بعد ثلاثة أعوام فقط. من هناك، ينبغي أن يتسارع الطلب على السيارات الكهربائية أكثر، ما يعني زيادة الطلب على البطاريات. الحدود الطبيعية إلا أن القيود المفروضة على تكنولوجيا الـبـطـاريـات تطرح مـشـكـ ت يمـكـن أن تـــؤدي إلى تباطؤ الاعتماد الجماعي للسيارات الكهربائية. المـح ـلـول ال ـس ـائ ـل الـقـابـل لـ شـتـعـال إلى حـــد كـبـ في البطاريات ليس سريع الاشتعال فقط، بل إنه يجعل إعادة التدوير أمرا صعبا أيضا، ما يلحق الضرر بقيمة إعادة البيع. التسعير عامل آخر. التحسيناتفي السلامة وكثافة الطاقة من دون زيادة تكلفة حزم 12 البطاريات، التي تبلغ نحو ألف دولار لكل سيارة، وصلت إلى حدود تقنية تعني أن هناك حدا أدنى داخليا لسعر السيارات طويلة المـدى التي تستخدم بطاريات أيــون الليثيوم. مثلا، مستوى يبدأ 3 الدخول لسيارة تسلا موديل دولارا، وسيارة هونداي 37990 من دولارا. 33245 أيونيك بسعر البطاريات، فضلا عن كونها مكلفة ومتقلبة، إلا أنها أيضا 540 ضخمة وثقيلة - أكـ مـن .S كيلو جراما لسيارة تسلا موديل حجمها يؤدي إلى تقليص مساحة الأرجل ويفرض قيودا أخرى على التصميم. هـذا الــوزن الإضـافي يجعل السيارات الكهربائية أثقل بكثير من السيارات التي تعمل بالبنزين، وبالتالي تتطلب قوة أكبر لتغطية المسافة نفسها، خاصة في الطقس البارد. إذا أضفنا إلى ذلك 50 أوقـات الشحن الطويلة بنحو دقيقة في المتوسط والبنية التحتية غير المناسبة للشحن، يكون هناك مجال للتحسين. يقول بريان شيلدون، أستاذ الهندسة في جامعة براون "الشحن السيع لا يتناسب مع الإلكتروليتات السائلة. الحرارة المتولدة في هذه العملية يمكن أن تلحق الضرر بالبطاريات وبالتأكيد ستزيد من خطر الحرائق. بطاريات الحالة الصلبة يمكن أن تحل هذا الخطر". يــبــدو أن المــدافــعــ عن السيارات الكهربائية يقبلون هذه القيود ويستخدمون حلولا بديلة مثل إيقاف تشغيل السخان في الشتاء والابتعاد عن دواسة الوقود لتوسيع مسافة القيادة. إلا أنه لا يمكن معالجة معظم المـشـكـ ت، خـاصـة الـسـ مـة، بهذه السهولة. تقليديا، تحتوي البطاريات على كميات متساوية من النيكل والكوبالت والمنجنيز. لكن هناك اتجاها أكثر حداثة يتمثل في زيادة نسبة النيكل في البطارية إلى في المائة في الكاثود 80 أكثر من - وهـو أحـد المكونات الرئيسة. هذا يساعد على زيادة الأميال وله فائدة إضافية تتمثل في استخدام كمية أقل من الكوبالت - الذي تبلغ تكلفته ضعف تكلفة النيكل - ما يؤدي إلى خفض تكاليف الإنتاج. مع الأسف، هذا المزيج الجديد من المعادن يجعل البطاريات أيضا أكثر تقلبا. في الصين، التي كانت أول من بـدأ بتسويق مثل هذه البطاريات، اشتعلت ثلاث سيارات مجهزة بخلايا البطاريات هذه منذ أيار (مايو). أثبتت تركيبات أخرى من المعادن، مثل الليثيوم والحديد، أنها أكثر أمانا، لكنها ذات كثافة طاقة أقل. المواد الخام: الطلب مقابل العرض هناك مشكلة إضافية بالنسبة للجميع، مــن شركـــات صناعة الـسـيـارات إلى شركـــات تطوير الهواتف الذكية، هي أن الطلب على المواد الخام ارتفع، بما أن البطاريات أصبحت مكونا مهما لكثير من التكنولوجيات. هذا أدى في العام الماضيإلى ارتفاع أسعار كل شيء من النيكل إلى الجرافيت والليثيوم والكوبالت والنحاس. عـنـدمـا يـقـ ن ذلـــك بــالــدولار الضعيف، الذي تتداول به معظم السلع الأساسية، يمكن أن ترتفع الأسعار أكثر. في المتوسط، تحتاج سيارة 20 الـركـاب الكهربائية إلى نحو كيلو جراما من النيكل في بطاريتها 30 من تسلا يحتاج إلى 3 (موديل كيلو 20 كيلو جراما)، وما يصل إلى جراما من الكوبالت في الكاثود، كيلو جراما تقريبا 60 إضافة إلى من مركبات الليثيوم. من المعادن المستخدمة، النيكل مهم للغاية لأنه يساعد البطاريات على تخزين مزيد من الطاقة ويقلل من الحاجة إلى الكوبالت الأكثر تكلفة. استحوذت تسلا على أكثر من نصف كـل النيكل المستخدم في صناعة السيارات الكهربائية الأوروبـيـة العام المـاضي وأفرد ماسك إمداداته باعتبارها مصدر قلق. تخطط الشركة لإنتاج بطاريات تــ اوات - ساعة بحلول 3 تخزن ، الأمــر الــذي قد يستنفد 2030 معظم إنتاج النيكل في العالم بالمستويات الحالية، كما يقول بنك جيفريز، البنك الاستثماري الأمريكي. زيادة الإنتاج أمر صعب. أقل من نصف النيكل الوارد مناسب للاستخدام في البطاريات. رواسب النيكل الجديدة تعد اكتشافات نـادرة. ولا يمكن استبعاد حدوث نقص. إمـــدادات الليثيوم محدودة لأسباب مختلفة. هو مـورد وفير لكن قـدرة الشركات على تكريره لتصنيع الـبـطـاريـات مـحـدودة. قد يستغرق بناء منشآت جديدة لتعدين الليثيوم ما يصل إلى عشرة أعـــوام. بلغ الطلب مـن شركـات تصنيع السيارات الكهربائية مبلغا كبيرا بحيث يتوقع المحللون أن يبدأ نقص العرض بحلول نهاية هذا العام. يواجه الكوبالت مصيرا مماثلا. يقول بنك يو بي إس إنه من المتوقع أن يستمر الطلب بتجاوز العرض خلال العقد المقبل. القوى الهيكلية تلعب دورا أيضا. يقول جولدمان ساكس إن هناك دورة ممتدة جديدة للسلع الأساسية - اتجاه صعودي استمر لعقود طويلة من الزمن في أسعار المواد الأساسية - بدأت للتو. ينبغي أن يؤدي هذا إلى تسيع استبدال كـل مـن المـــواد والتكنولوجيا الأساسية في بطاريات السيارات الكهربائية. تكنولوجيا الجيل التالي يصف فرانك بلوم، رئيس مركز خلايا البطارياتفي"فولكسفاجن"، بطاريات الحالة الصلبة بأنها "لعبة النهاية" لما يعادلها من بطاريات أيون الليثيوم. بطاريات الحالة الصلبة هي أكثر أمانا وأرخص ويمكن استخدامها لفترة أطــول دون انخفاض في الأداء، ما يتطلب كميات أقل من المـــواد الــخــام. يمكن تكديس خلايا البطاريات، مثل الطوب في الحائط، مـا يجعل مـن الأسهل وضعها في تصميمات مختلفة للسيارات. وهي أخف وزنا، حيث يستغرق شحن كامل نحو عشر دقائق ولديها كثافة طاقة أعلى - وتوفر ضعف المسافة أو أكثر. ستكون هناك حاجة إلى القليل من النحاس والألمنيوم. ويمكن التخلص من الجرافيت والكوبالت تماما. إعادة تدوير بطاريات الحالة الصلبة هي عملية أبسط كثيرا وأكثر أمانا بكثير. يقول دونجوان كيم، الرئيس التنفيذي لشركة هانا فينتشرز، شركة رأس المال المغامر القائمة فيسيئول التي لديها استثماراتفي التكنولوجيا "تاريخيا، تكنولوجيات الجيل التالي - لكل شيء من أنظمة عــوادم السيارات إلى الثلاجات - جلبت معها انخفاضا كبيرا في استخدام المواد الخام. لا ينبغي أن يكون الأمــر مختلفا بالنسبة لبطاريات الحالة الصلبة". تشير النماذج الأولية إلى أن بطاريات الحالة الصلبة يمكن أن 80 تخزن الطاقة بمـا يصل إلى في المائة أكثر من وحـدات أيون الليثيوم التي لها الوزن والحجم نفسيهما. يمكن أن يحل معدن الليثيوم، الذي يحتوي على كثافة طاقة أعـ ، محل الجرافيت، ما يساعد على تقليل وزن وحجم البطارية. بالنسبة للذين يـرغـبـون في تحسين أداء بطاريات الليثيوم إيون، فإن تركيب واحدة بوزن يزيد كيلو جــرام في سيارة 500 على متحركة - دون التخلي عن المسافة والسلامة - هو التحدي الشاق. أدى ذلك إلى بعض الشكوك بين المحللين بشأن طموح تسلا المعلن لإنتاج كميات كبيرة وزيـادة كثافة الطاقة في بطاريات أيون الليثيوم في المائة 50 التقليدية فيها بنسبة لـزيـادة مسافة الـقـيـادة، خلال الأعوام الثلاثة المقبلة. يـقـول شـيـلـدون، مـن جامعة في المائة 50 براون "زيادة بنسبة عن الحد الأقصى اليوم (...) يعني بطارية بحجم أكبر بكثير مما لدينا الآن لأنه ستكون هناك حاجة إلى إدخال مزيد من المواد في الكاثود. وضع هذه البطاريات في السيارات سيكون تحديا كبيرا". ارتـفـعـت كثافة الـطـاقـة في في 4 البطاريات التقليدية بحدود المائة سنويا على مدى العقدين وات في 700 الماضيين إلى نحو الساعة لكل لتر، وهو ما يترجم إلى كيلو متر 500 مسافة قيادة بنحو في سيارة ركـاب. كان من الصعب تحقيق زيادات أخرى بسبب الحجم الذي تحتله الخلايا والإلكتروليتات السائلة. توفر بطاريات الحالة الصلبة تغييرا تدريجيا. لن يقتصر الأمر فقط على زيـادة كثافة الطاقة في خلايا البطارية إلى ما يزيد على ألف وات لكل لتر – وهو ما يعادل كيلو متر - 800 مسافة قيادة تبلغ لكن يمكنها أيضا التعامل مع مزيد من دورات الشحن قبل أن تبدأ بالتدهور. كما يمكن أن تحتفظ بمزيد من الطاقة طوال فترة عمرها الأطول، ما يسمح بإمكانية الوصول إلى عمر بطارية يبلغ مليون ميل. هذا من شأنه تغيير تكاليف الملكية مدى الحياة بشكل كبير وتقليل استخدام المواد الخام. طفرة براءات الاختراع أثناء تطوير الـنـ ذج الأولية العاملة، كل سيارة كهربائية طويلة المـدى قد تحتاج إلى ما لا يقل مــرة ضعف عــدد خلايا 20 عـن البطارية التي يتم اختبارها حتى الآن في المختبر. ستكافح المصانع لصناعتها بكميات كبيرة وفي الوقت الحالي قد تكون تكلفة تصنيع كل ألف دولار. 100 بطارية نحو الإنتاج بالجملة على بعد أعوام كثيرة. لكن الشركات تقترب. يقول شيلدون "الفرق الكبير الآن هو أن تكنولوجيا بطارية الحالة الصلبة تقدمت بحيث تم تحديد المشكلات التي أعاقت التسويق. هذا سبب كاف للتفاؤل". الشركة التي تحظى بأكبر قدر من الاهتمام هي كوانتوم سكيب ، الشركة الناشئة QuantumScape في وادي السيليكون، المدعومة من "فولكسفاجن" وبيل جيتس. فهي تهدف إلى تحقيق الإنتاج التجاري . بعد الإدراج من خلال 2024 في شركة استحواذ ذات أغراض خاصة، 1000 ارتفعت أسهمها بما يزيد على في المائة العام الماضي، ما أدى إلى تقييم الشركة في مرحلة ما بما مليار دولار - أكثر من 50 يقارب جنرال موتورز. Solid تعمل سـولـيـد بـــاور ، الشركة الناشئة القائمة Power في كولورادو، على إنتاج مجموعات صغيرة من خلايا معدن الليثيوم طبقة - التي قد 22 المكونة من توفر أميالا أكـ من البطاريات طويلة المـدى الحالية. وتخطط لإنتاج خلايا أكبر في غضون عام وإدخالها في السيارات بحلول .2025 لكن بالنسبة للمستثمرين الذين يبحثون عن شركة معطلة لتسلا، مثل هذه الشركات الناشئة قد لا تكون أفضل رهــان. فهي تفتقر إلى قـــدرات التصنيع لصناعة مكونات مهمة من الصفر. الشركات التي تهيمن حاليا على قطاعات البطاريات والـسـيـارات والآلات التقليدية التي تتمتع بإمكانية الوصول الحالي إلى الآلات والمواد هي أكثر ملاءمة لإنتاج كميات كبيرة من قطع الغيار. لتلك الأسـبـاب، فـإن عـددا من الشركات الآسيوية تبدو في وضع أفضل لجعل بطاريات الحالة الصلبة واقعا حقيقيا. من المقرر أن تكشف تويوتا عن أنموذج أولي هذا العام، قد يستغرق شحنه عشر دقائق فقط كيلو مـ . تم 500 لمسافة تبلغ الكشف عن أنموذج مفهوم سيارة ، المــزود ببطارية LF-30 ليكزس الحالة الصلبة المدمجة، قبل عامين ولديها الآن ألف براءة اختراع مسجلة تتضمن تكنولوجيا بطاريات الحالة الصلبة. هناك بديل من سامسونج سيوفر كيلو متر من الأميال من خلال 800 عملية شحن واحدة. سيكون حجمها نصف حجم البطاريات التقليدية. يقول دونجمين إم، كبير الباحثين: "تعمل التكنولوجيا كأساس لثورة في زيـادة المسافات التي تقطعها السيارات الكهربائية". تقارن دورة حياتها التي تزيد على ألف شحنة بشكل إيجابي بالبطاريات الحالية 60 التي أظهرت فقدا في السعة بعد عملية شحن سريعة فقط. بـالـنـسـبـة لــهــذه الــ كــات ومستثمريها، بطاريات الحالة الصلبة هي رهان مربح. كل تحسين تدريجي في هذه التكنولوجيا أدى إلى تحقيق مكاسب غير متوقعة لأول المـحـركـ . وقـعـت شركـة سامسونج، التي من المقرر أن تطرح بطارية للسيارات الكهربائية من نوع أيون الليثيوم من الجيل الخامس، بالفعل عدة عقود، بما في ذلــك عقد مـع بي إم دبليو مليار دولار لتزويد خلايا 3.5 بقيمة البطارية خلال العقد المقبل. بالنسبة لـ كـة تـسـ ، فـإن التطورات تشكل تهديدا. قبضتها على سـوق السيارات الكهربائية لها علاقة بالمدى الأطول للسيارة وأوقات الشحن السيع لموديلاتها بقدر علاقتها ببرمجياتها المبتكرة والتسويق التعطيلي. مع ذلك، فإن شبكة شواحنها الفائقة حول العالم لن تمنح ميزة تنافسية كبيرة إذا كان من الممكن شحن السيارات بالسعة نفسها في المنزل. تقدم براءات الاختراع دليلا على مدى قربصانعيها من التسويق على المستوى التجاري. نما عدد طلبات براءات الاختراع العالمية الجديدة للبطاريات ومعدات تخزين الكهرباء أربع مرات أسرع من متوسط جميع مجالات التكنولوجيا الأخرى، وفقا لبيانات من مكتب براءات الاختراع . كما أن براءات 2005 الأوروبي منذ الاختراع المتعلقة ببطاريات الحالة الصلبة أظهرت أكبر معدل للنمو، ما يشير إلى إطار زمني أسرع من المتوقع لإدخالها في السوق. يقول كيم، من هانا فينتشرز: "المـوعـد الــذي سنصل فيه إلى الإنتاج بالجملة يعتمد ببساطة على مقدار الاستثمار. في صناعة الرقائق، مثلا، تم التغلب على معظم القيود - بما في ذلك القيود التي قيل إنها مستحيلة من الناحية التكنولوجية - مـن خـ ل زيـادة التمويل. يعني النمو الأخـ في سوق السيارات الكهربائية أنه يمكن الآن تخصيص مزيد من رأس المال لجلب بطاريات الحالة الصلبة إلى السوق". الوصول إلى أوقات شحن أقصر وقطع مسافات أطول من دون زيادة تكلفة حزم البطاريات وتفادي خطر الحرائق، عناصر مهمة لجعل ثورة السيارات الكهربائية تنطلق فعليا. انطلاق السيارات الكهربائية رهين بحل عقدة البطارية خط إنتاج محدود لبطاريات الحالة الصلبة شيدته شركة سوليد باور الناشئة في لويزفيل، كولورادو، بغرض إخضاع البطاريات إلى مزيد من الاختبارات. «تشيت سترينج» لـ«واشنطن بوست» من لندن جون يون السيارات الكهربائية أكثر تكلفة بنسبة % من سيارات البنزين لكن الفجوة 30 تتضاءل وتكافؤ الأسعار على بعد أعوام فقط 3 نما عدد طلبات براءات 2005 منذ الاختراع العالمية للبطاريات ومعدات مرات أسرع من 4 تخزين الكهرباء التكنولوجيات الأخرى .2024 موقع لشركة كوانتوم سكيب الناشئة، المدعومة من "فولكسفاجن" وبيل جيتس، التي تسعى للوصول إلى الإنتاج التجاري لبطاريات الحالة الصلبة بحلول البطاريات أصبحت مكونا مهما لكثير من التكنولوجيات وهذا رفع أسعار النيكل والجرافيت والليثيوم والكوبالت والنحاس كيلو جراما 540 وزن البطارية يصل إلى ويجعل السيارات الكهربائية أثقل كثيرا من سيارات البنزين وبالتالي يتطلب قوة سحب أكبر