يشهد قطاع تكنولوجيا البطاريات تطورًا سريعًا، إذ يسعى الباحثون جاهدين لاكتشاف الجيل القادم من تخزين الطاقة المستدامة. ينبغي أن تتمتع البطارية المثالية بعمر افتراضي طويل، وسعة تخزين طاقة استثنائية، وعملية إنتاج سلسة. وانطلاقًا من ذلك، يعملون على تطوير بطاريات أيونات الصوديوم التي من شأنها إحداث ثورة في مجال الطاقة المتجددة. ويشكل الملح والكتلة الحيوية الناتجان عن صناعة الغابات المادة الخام لهذه البطاريات.
قرر باحثون في جامعة تشالمرز دراسة بطاريات أيونات الصوديوم، التي تستخدم الصوديوم بدلاً من الليثيوم . وفي أحدث أبحاثهم، أجروا تقييماً شاملاً لدورة حياة هذه البطاريات. ركزت الدراسة على تحليل الآثار البيئية وآثارها على الموارد، بدءاً من استخراج المواد الخام وصولاً إلى المراحل النهائية للتصنيع. وخلصوا إلى أن بطاريات أيونات الصوديوم لها نفس التأثير المناخي لبطاريات أيونات الليثيوم، ولكن دون خطر نقص المواد الخام.
يقول ريكارد أرفيدسون ، الأستاذ المشارك في تحليل النظم البيئية بجامعة تشالمرز: "توصلنا إلى استنتاج مفاده أن بطاريات أيونات الصوديوم أفضل بكثير من بطاريات أيونات الليثيوم من حيث تأثيرها على ندرة الموارد المعدنية، ومماثلة لها من حيث تأثيرها على المناخ. وبحسب السيناريو المُعتمد، يتراوح إنتاجها من مكافئ ثاني أكسيد الكربون بين 60 و100 كيلوغرام لكل كيلوواط ساعة من سعة تخزين الكهرباء النظرية، وهو أقل مما سُجّل سابقًا لهذا النوع من بطاريات أيونات الصوديوم. إنها بلا شك تقنية واعدة."
بالإضافة إلى ذلك، وجد الباحثون العديد من الاستراتيجيات المحتملة لتقليل تأثير المناخ بشكل أكبر ، بما في ذلك تطوير إلكتروليت أكثر ملاءمة للبيئة، والذي وجد أنه يساهم بشكل كبير في التأثير الكلي للبطارية.
حول الدراسة
تحلل هذه الدراسة الأثر البيئي وأثر الموارد لنوعين من خلايا بطاريات أيونات الصوديوم . وتتناول الدراسة دورة حياة البطاريات بأكملها، بدءًا من استخراج المواد الخام وصولًا إلى تصنيع الخلايا. وتركز الدراسة على وحدة وظيفية بسعة تخزين كهربائية نظرية تبلغ 1 كيلوواط ساعة على مستوى الخلية. ويعتمد كلا النوعين من خلايا البطاريات بشكل أساسي على مواد خام متوفرة بسهولة.
يتكون المصعد من كربون متين مُستخلص إما من اللجنين الحيوي أو من موارد أحفورية. أما المهبط فيتكون من مزيج خاص يُسمى الأبيض البروسي، يتألف من الصوديوم والحديد والكربون والنيتروجين. ويتكون الإلكتروليت من ملح الصوديوم ، المصمم خصيصًا للإنتاج المكثف في المستقبل. وقد تم فحص مزيجين مختلفين من الكهرباء، بالإضافة إلى نوعين مختلفين من طرق تخصيص الموارد والانبعاثات.
- حيث يتم توزيع التأثيرات البيئية والموارد بين المنتجات المشتركة على أساس الكتلة
- هناك طريقة أخرى تقوم بتخصيص كل التأثير للمنتج الرئيسي بما في ذلك بطارية أيون الصوديوم مع مكوناتها وموادها.
انظر أيضًا : من الشاطئ إلى المخزن: بطاريات الصوديوم ومياه البحر لتخزين الطاقة الثابتة على المدى القصير والطويل
الحاجة إلى بطاريات أيونات الصوديوم
قال البروفيسور ريكارد أرفيدسون: "ستكون المواد التي نستخدمها في بطاريات المستقبل مهمة من أجل القدرة على التحول إلى الطاقة المتجددة وأسطول مركبات خالٍ من الوقود الأحفوري".
وفقًا لقانون المواد الخام الحيوية الصادر عن المفوضية الأوروبية ، من المتوقع أن يرتفع الطلب على المواد الحيوية اللازمة لصناعة البطاريات بشكل كبير. ويعود ذلك إلى التحول السريع الذي تشهده الدول الأوروبية نحو استخدام السيارات الكهربائية وأنظمة الطاقة المتجددة.
بطاريات أيون الصوديوم، القادرة على إحداث ثورة في مصادر الطاقة المتجددة لتلبية متطلبات التحول الأخضر، ستتطلب زيادة الإنتاج المحلي للبطاريات. كما ستزيد الطلب على تقنيات مبتكرة أخرى خالية من الوقود الأحفوري، وتوفر إمدادات ثابتة من المواد الخام. ومع ذلك، يُشكل هذا الإنتاج خطرًا كبيرًا بانقطاع الإمدادات بسبب محدودية مصادر المواد الخام.
أصبحت بطاريات الليثيوم أيون تقنيةً سائدةً في العالم، وهي أفضل للمناخ من التقنيات القائمة على الوقود الأحفوري، لا سيما في قطاع النقل. إلا أن الليثيوم يُمثّل عائقًا كبيرًا، إذ لا يُمكن إنتاج بطاريات الليثيوم بنفس وتيرة إنتاج السيارات الكهربائية، كما أن مخزونها مُعرّضٌ للنضوب على المدى البعيد. علاوةً على ذلك، يتركز استخراج مكونات البطاريات الأساسية، كالليثيوم والكوبالت، في مواقع عالمية محدودة، ما يُشكّل تهديدًا كبيرًا للإمدادات الإجمالية، كما أضاف البروفيسور ريكارد.
المصدر : بطاريات أيونات الصوديوم الموفرة للموارد والصديقة للبيئة
