في ظل التطور الذي يشهده
العالم أصبحت البيئة معرضة للتلوث بشكل كبير، خاصة مع انبعاثات السيارات، وبما
أننا الآن في طريقنا لعصر أكثر اخضرارا بدأت الشركات في إطلاق السيارات
الكهربائية،
في الواقع، إن ثورة
السيارات الكهربائية تسير على بشكل سريع وتطور مستمر، حيث ارتفعت صناعتها في عام
2010 من 17000 سيارة كهربائية في عام إلى 7.2 مليون سيارة في عام 2019، وفي غالب
الصناعات الحديثة يحتاجون إلى العديد من المواد المختلفة والمعادن مثل الكوبالت،
ولكن ما علاقة هذا الأخير بالسيارات الكهربائية؟
ما هو الكوبالت؟
معدن "كوبالت"
هو عبارة عن عنصر كيميائي موجود في في القشرة الأرضية، كما أنه يوصف بـ ذو مظهر
معدني أو أزرق والفضي كذلك، وقد تم تشكيل العديد من الخامات المعدنية منه مثل
الكوبالت المشع ولها مجموعة فريدة من الاستخدامات الصناعية أيضا،
وقد تم اكتشاف هذا العنصر
في عام 1735 من قبل الكيميائي "جورج براندت" الذي أراد التعرف على مادة
خام ذات لون أزرق غامق عثر عليها في ستوكهولم عندما كان العمال منهمكين في الأعمال
النحاسية، كما أنه حدد فيما بعد على أنه مادة غامضة غير معروفة وأبلغ عن اكتشافه
في عام 1739 كما أنه شهد عدة خلافات وسط المجتمع العلمي في السويد قبل أن يقرروا الاعتراف
به كعنصر كيميائي،
وللعلم لقد تم اطلاق اسم
"الكوبالت" على المعدن وهي مشتقة من كلمة ألمانية وهي
"كوبالد" والتي تعني "شيطان أو عفريت"، وقد أطلق عليه هذا
الاسم بسبب صعوبة استخدامه.
الكوبالت والسيارات
الكهربائية
إن الكثافة العالية
للطاقة في الكوبالت تسمح للبطاريات بتعبئة المزيد من الطاقة في المساحات الأصغر
مما يجعله من العناصر المستقرة في البطاريات لتكون بهذا خفيفة الوزن وقوية في نفس
الوقت،
كما أن البطارية تكتسب
طاقة تحمل لدرجات الحرارة العالية لتكون قد زاد من نسبة سلامة وموثوقية المركبات الكهربائية.
بالإضافة إلى ذلك، تزيد
اغلمادة من عمر البطاريات وتظل قابلة لإعادة التدوير بنسبة كبيرة بعد تشليح
السيارات، وهذه العملية تعزز من سلسلة توريد بطاريات أكثر استدامة.
وعلى الرغم من كل هذه
المزايا التي تتمتع بها المادة إلا أن الشركات المصنعة تحاول قدر الإمكان تقليل
استعماله في البطاريات الخاصة بالسيارات لأسباب عدة من بينها:
- الكوبالت هو مادة ثانوية تستعمل لتعدين النيكل والنحاس، مما يجعل الحصول
عليه أكثر صعوبة من المواد الأخرى
- كما أنه غالي الثمن حيث يبلغ ما يقارب 33 ألف دولار أمريكي للطن
زيادة الطلب على
الكوبالت
هناك توقع
كبير أنه سيرتفع الطلب على معدن الكوبالت بارتفاع صناعة السيارات الكهربائية في
العالم، فبما أن المادة تعتبر من الأجزاء الأساسية التي تدخل في صناعة بطاريات
السيارات الكهربائية للعديد من الشركات إلا أنه بطاريات الليثيوم أيون لا تحتاج
للكوبالت كي تعمل،
إذ هناك تقنيات تعتمدها
العديد من الشركات المصنعة مثل كاثودات النيكل والحديد والألومنيوم وما إلى ذلك
كما تعمل على تطويرها باستمرار لاستخدامها في المركبات الكهربائية الجديدة أو
للبطاريات بشكل عام،
مثلا، سيارات شركة Tesla تحتوي بطاريتها على أقل من 5% من
الكوبالت، كما أعلنت الشركة نفسها في سبتمبر 2020 أنها تقوم بتطوير بطارياتها
الخاصة التي ستكون خالية من المادة بشكل كامل،
في حين تعمل الشركات
الأخرى على تقليل كمية الكوبالت اللازمة لبطارياتهم بشكل كبير، لتقليل التكلفة كما
أنه هناك بعض الصعوبات في الحصول على امدادات هذه المادة.
مزيج الكوبالت
والليثيوم
الليثيوم هو عبارة عن
مادة لينة وخفيفة ذات لون أبيض فضي، وهو الفلز الأقل كثافة إذا تم مقارنته مع
العناصر الكيميائية الأخرى، وهو يستعمل جنب إلى جنب مع الكوبالت في مزيج موحد
للبطاريات، إذ توجد خمس مجموعات أساسية من بطاريات الليثيوم للسيارات الكهربائية،
لكل منها مزايا وعيوب:
- ليثيوم+نيكل+كوبالت+ألومنيوم (NCA)
- الليثيوم+النيكل+الكوبالت+المنغنيز (NMC)
- أكسيد+المنغنيز+الليثيوم (LMO)
- تيتانات+الليثيوم (LTO)
- فوسفات+الحديد+الليثيوم (LFP)
ومن بين هذا العدد من
التركيبات يفضل مصنعو المركبات الكهربائية مزيج الليثيوم والكوبالت، نتيجة لذلك ،
تعد بطاريات NCA
و NMC الأكثر انتشارا في المركبات
الكهربائية،
يعود هذا إلى انخفاض
كثافة الطاقة وقوة البطاريات الأخرى يجعلها التي تقصها مادة الكوبالت لتكون بذلك
غير عملية للمركبات الكهربائية طويلة المدى.
لماذا الليثيوم كوبالت؟
عندما يتعلق الأمر بتشغيل
المركبات الكهربائية، فإن بطاريات الليثيوم كوبالت لا مثيل لها لكونها تضم العديد
من الخصائص المحددة للكوبالت تجعلها تبرز عن البقية، منها :
- كثافة طاقة عالية للبطاريات
- الاستقرار الحراري في المادة
- قوة محددة عالية
- ذو وزن خفيف
- إمكانية إعادة التدوير
لا تسمح بطاريات الليثيوم
والكوبالت للمركبات الكهربائية بتحمل السفر لمسافات أبعد فحسب، بل إنها تعمل أيضا
على تحسين السلامة والاستدامة للسيارات الكهربائية.
كيف تعمل بطاريات
الليثيوم كوبالت؟
عندما يتم شحن البطارية
الكهربائية، تتدفق أيونات الليثيوم عبر الإلكتروليت من القطب السالب إلى القطب
الموجب، حيث يتم تخزينها للاستخدام،
في نفس الوقت، تمر
الإلكترونات عبر دائرة خارجية ويتم تجميعها في القطب الموجب من خلال التيار
السالب، عندما تولد البطارية تيار كهربائي، تتدفق الأيونات عبر الإلكتروليت من
القطب الموجب إلى الكاثود، وتعكس الإلكترونات الاتجاه على طول الدائرة الخارجية
مما يؤدي إلى زيادة التيار الكهربائي،
يحدد تكوين الكاثود إلى
حد كبير أداء البطارية، وبالنسبة لبطاريات السيارات الكهربائية هذا هو المكان الذي
يلعب فيه مزيج الليثيوم والكوبالت دور مهما.
قد يشهد سوق السيارات
الكهربائية نموا هائل خلال العقد المقبل بسبب تزايد الطلب على هذا النوع من
السيارات، لكنه يواجه العديد من العقبات في طريقه، وفي الوقت الحالي، تعد البنية
التحتية لشحن المركبات الكهربائية باهظة الثمن وليست مريحة مثل محطة الوقود
المحلية، ويمكن أن تساعد بطاريات الليثيوم كوبالت في التغلب على هذه العقبة
مستقبلا، خاصة إذا تم العثور على بديل أقل سعر.
مصنعون يعانون من إمدادات
الكوبالت
أوروبا والولايات المتحدة
تعانيان من صعوبة ونقص في إمدادات، لذا فإن كل دولة تحاول تحسين أمن الإمدادات
وتقليل الاعتماد على الدول الاخرى،
في أواخر عام 2020 أضاف
الاتحاد الأوروبي الليثيوم إلى قائمة المواد الخام الحرجة، والتي تحتوي على إجمالي
30 مادة خام مهمة يعانون من النقص فيها، وقد قال نائب رئيس المفوضية
الأوروبية:
"إن أوروبا ستحتاج
إلى ما يصل إلى 18 ضعفًا من الليثيوم بحلول عام 2030 وما يصل إلى 60 مرة بحلول عام
2050 لبطاريات السيارات الإلكترونية وتخزين الطاقة.
أما الآن في وقتنا
الحالي، يوفر الاتحاد الأوروبي 1 ٪ فقط من طلبها على المعادن الخام للبطاريات، لا
يمكننا السماح باستبدال الاعتماد الحالي على الوقود الأحفوري بالاعتماد على المواد
الخام المهمة، وقد تم تضخيم هذا بسبب الاضطرابات الناجمة عن فيروس كورونا في سلاسل
القيمة الاستراتيجية لدينا، لذلك سنبني تحالفًا قويًا للتحول الجماعي من التبعية
العالية إلى المصادر المتنوعة والمستدامة والمسؤولة اجتماعيًا والتعميم
والابتكار"
لذا، بالنسبة لمصنعي
السيارات الكهربائية أو البطاريات بشكل عام فإنهم بحاجة لبذل مجهود أكبر للحصول
على بديل للكوبالت.