משברי ליתיום: מהן האלטרנטיבות?

אני מנסה את כוחי לכתוב ולשתף אתכם בתקציר של מאמר אמריקאי על חלופות למשבר הליתיום. אני עדיין נדהם לראות את כל המשאבים האפשריים...אבל באיזה מחיר?

בעידן החשמול, סוללות נטענות נראות כמו דבר מובן מאליו. בין אם זה טלפונים, מחשבים ניידים, מצלמות או טכנולוגיית הולכת עצם (תגלית מפתיעה בעולם האודיו!), לתופים האלה יש דבר אחד במשותף. כולן עשויות ליתיום סוללות ליתיום-יון (Li-ion) כבשו את העולם בסערה בשנים האחרונות. הם אפשרות אחסון הסוללות הפופולרית ביותר כיום, השולטות ביותר מ-90% משוק רשתות החשמל העולמיות. והם אוגרים אנרגיה ביעילות, לאורך זמן.

אבל השימוש הבולט ביותר שלהם כיום הוא בכלי רכב חשמליים.

בעשור האחרון, הפיצוץ בייצור סוללות ליתיום-יון הוריד את המחירים ב-85%, מה שהפך את המכוניות החשמליות לכדאיות מסחרית בפעם הראשונה בהיסטוריה. סוללות סוללות את הדרך לעתיד ללא תלות בדלק מאובנים, וזה חיוני אם אנו הם להאט את שינויי האקלים. אבל ליתיום הוא לא היסוד הכימי הכי ידידותי לסביבה שאנחנו יכולים להשתמש בו. בדרום אמריקה, עתודות עצומות של ליתיום צורכות מים בגלונים, מה שגורם לעימותים הרסניים בין אוכלוסיות מקומיות. נדרשים 2,2 מיליון ליטר מים כדי לייצר טון אחד של ליתיום.

כריית ליתיום פוגעת גם בקרקעות ועלולה להוביל לזיהום אוויר.

רבים מציינים שניתן למחזר סוללות Li-on, וזה בהחלט יתרון שכן זה אומר שניתן לעשות בהן שימוש חוזר שוב ושוב ללא צורך בחילוץ בכל פעם.

אבל נוהג זה עדיין לא מבוסס באופן אוניברסלי ומיחזור סוללות התקדם מעט בשנים האחרונות. אם ברצוננו להמשיך ולהסתמך על סוללות ליתיום, יש אפוא לשפר את המצב. כפי שניסח זאת מריו פגליארו במחקר שנערך לאחרונה, "השימוש החוזר והמיחזור של סוללות ליתיום הוא כבר לא אופציה אלא צורך בלתי נמנע עבור יצרני סוללות ו-EV."

בינתיים, רבים מחפשים אלטרנטיבה. במיוחד שאין ערובה שנוכל למצוא מספיק חומר גלם כדי לענות על הביקוש.

במה נוכל להשתמש במקום ליתיום בסוללות?

מלח מלח, או נתרן, הוא בן דוד כימי קרוב של ליתיום. למרות שזה פריט דומה מאוד, אין לו את אותה השפעה על הסביבה, כלומר זה יכול להיות אופציה בת קיימא להחלפה. הפתרון יכול להיות סוללות נתרן-יון. טכנולוגיית הנתרן-יון אינה צורכת משאבים מועטים - וייצורה אינו מצריך מלחי ליתיום נדירים - מספיק מלח שולחני פשוט. על ידי שמרנים, נתרן כבד פי 3 מהליתיום! מה שאומר שסוללות נתרן-יון הן גם הרבה יותר כבדות. סוללות נתרן יכולות גם להיות פחות חזקות כי מתחי התא שלהן נמוכים יותר.

מי ים אם קיימות סוללות מלח, למה לא להשתמש במי ים? צוות מהמכון הטכנולוגי בגרמניה פיתח אב טיפוס של סוללה המבוססת על מי ים. האוקיינוסים שלנו מכילים יותר מ-180 מיליארד טון של ליתיום. אך מכיוון שהוא מדולל, חוקרים מתכננים מסננים רבים כדי לנסות להפיק מי ים באופן סלקטיבי מהליתיום, כדי לנצל אותם היטב.


סִילִיקוֹן מדענים רבים רואים בסיליקון מרכיב חיוני שיכול לשנות סוללות. זה לא יחליף ליתיום, אלא יתווסף לסוללות ליתיום - כלומר הן יהיו זולות ויעילות יותר בטווח הארוך. נכון לעכשיו, סוללות ליתיום-יון משתמשות בגרפיט כמרכיב מפתח. לידיעתך, גרפיט מורכב מעודנות והמון שכבות של פחמן, עצמן מוערמות זו על גבי זו. ובסוללת ליתיום-יון מסורתית, יוני ליתיום יכולים לחמוק דרך הרווחים הללו בין השכבות, ולגרום לאובדן.החלפת גרפיט בסיליקון עלולה להוביל לסוללות קלות ובטוחות יותר.


מגנזיום מגנזיום נחקר כיום כרכיב בעל פוטנציאל רב עוצמה של סוללות עתידיות. זהו אלמנט שיכול לשאת מטען גדול +2, יותר מאשר ליתיום ונתרן. סוללות העשויות ממגנזיום מתכתי עשויות להיות בעלות צפיפות אנרגיה גבוהה יותר, יציבות גבוהה יותר ועלות נמוכה יותר מתאי ליתיום-יון הנוכחיים, לפי מחקר. למגנזיום יש גם יתרון נוסף. כל אטום מגנזיום משחרר שני אלקטרונים במהלך שלב פריקת הסוללה, לעומת אלקטרון אחד עבור ליתיום. זה נותן לו את היכולת לספק כמעט פי שניים אנרגיה חשמלית.

קנבוס צמח וסיבים ברי קיימא זה, המשמשים בביגוד, חומרי בניין, מזון ואפילו חלקי רכב, עשויים להפוך למרכיב מרכזי של סוללות רכב חשמלי זול יותר, בטוח יותר ופחות מזיק לסביבה.

הברזל ברזל יכול להיות תחליף מצוין לליתיום. ליסוד כימי זה מאמינים שיש "פוטנציאל חימצון" טוב יותר, או "פוטנציאל הפחתה" טוב יותר בז'רגון המדעי (הוא לא מאבד מיעילותו באותה מהירות).
בספטמבר אשתקד פורסם על ידי בלומברג. מדובר בחברת אנרגיה נקייה באורגון, ארה"ב, שמבצעת רכישת שיא של סוללות על בסיס "כימיה של ברזל". אלה יכולים ככל הנראה לאחסן אנרגיה מתחדשת למשך זמן רב יותר ויכולים "לעזור להתגבר על חלק מבעיות האמינות שגרמו להפסקות בקליפורניה ולמחירי אנרגיה שיא באירופה".
המגבלה היחידה של סוללות שטף ברזל היא שהן גדולות בהרבה מסוללות ליתיום. זה אומר שלא ניתן היה להשתמש בהם בסמארטפונים, מחשבים ניידים או אפילו כלי רכב חשמליים, אבל הם יכולים להיות אופציה מעשית לאחסון רשת.

 
יש להיזהר מהשערות לגבי חלופות, במיוחד כשהן מוצגות עם ביקורות נלהבות בזמן ניסוי הליתיום. תאים וסוללות ממוחזרים כיום ולכן זיהום קרקע על ידי ליתיום הוא טיעון שגוי, פרט לשאלת ההפקה שלו במכרות, אבל שם זו שאלה של רצון פוליטי להציב פרוטוקול בטיחות, כמו בתעשייה הגרעינית.

החלופות הן נושא למספר לא מבוטל של מחקרים, אך בין תיאוריה לשיווק ישנה תהום. עברו 15 שנים מאז שראיתי אותם חולפים, רעיונות מבטיחים שמספרים לנו, ששום דבר קונקרטי לא יוצא מהם אחר כך. אם האלטרנטיבות אינן בשירות, זה בגלל שיש להן חסרונות עדיפים על ליתיום, כמו בפרט צפיפות אנרגיה לא מספקת, אבל גם השפלה לאורך זמן, מספר וזמן המילוי מחדש, סיכונים שונים. זה לא אומר שמתכת כאילו מגנזיום לא יהיה תקף, אבל כרגע אנחנו לא יודעים איך לעשות את זה.
למשל, לשאלה "אם קיימות סוללות מלח, למה לא להשתמש במי ים?", זה נעשה, במיוחד בתחום תאי הדלק. וכמובן קרה מה שהיה צריך לקרות: התכלות של הממברנות, כי מי ים הם לא רק מים מלוחים, הם מלאים במיקרואורגניזמים וחלקיקים בתרחיף. ואם אתה צריך לטהר מי ים לפני השימוש בהם, שלום לעלות האנרגיה.

האלטרנטיבות בהחלט יגיעו, גם הליתיום היה יתרון גדול על הקדמיום שקדם לו, אין צורך לתבוע אותן, כל השחקנים בתחום מודעים לבעיה ועושים מחקר. בהתחשב בסיכויים העסיסיים שחידוש תקף יייצג, אם הם לא יציגו כאלה זה שהם לא הצליחו. הציבור הרחב אינו מבין את הקשיים כאשר הוא מתמודד עם מציאות ההנדסה. חלקם אפילו מרחיקים לכת ומדמיינים תיאוריות קונספירציה כדי להסביר שאנחנו לא רוצים שינוי טכנולוגי כשלמעשה, אנחנו לא יודעים איך. אלה בהחלט מעולם לא התלכלכו במונחים של חדשנות.

נ.ב - להתייחסות להולכת עצם, יש לי את הציוד לכך, בדקתי. לגבי סוללות חדשניות, המציאות פחות ורודה ממה שנאמר. אם זה יכול להתאים לשיחת טלפון, או לספורטאי שמאזין למוזיקה בפעילות שלו שבה דרישת האיכות לא גדולה בניגוד לצורך לשמוע את צליל הסביבה, מצד שני זה הרבה פחות טוב אוזניות הן מאוד רגיש למיקום, להידוק, ספקטרום התדרים תלוי במיקום זה, במיוחד הטרבל מעומעם בקלות, או שיש לו נזילות חיצוניות לבעלי אוזניים רגישות.

Exnihiloest כתב: 
יש להיזהר מהשערות לגבי חלופות, במיוחד כשהן מוצגות עם ביקורות נלהבות בזמן ניסוי הליתיום. תאים וסוללות ממוחזרים כיום ולכן זיהום קרקע על ידי ליתיום הוא טיעון שגוי, פרט לשאלת ההפקה שלו במכרות, אבל שם זו שאלה של רצון פוליטי להציב פרוטוקול בטיחות, כמו בתעשייה הגרעינית.

החלופות הן נושא למספר לא מבוטל של מחקרים, אך בין תיאוריה לשיווק ישנה תהום. עברו 15 שנים מאז שראיתי אותם חולפים, רעיונות מבטיחים שמספרים לנו, ששום דבר קונקרטי לא יוצא מהם אחר כך. אם האלטרנטיבות אינן בשירות, זה בגלל שיש להן חסרונות עדיפים על ליתיום, כמו בפרט צפיפות אנרגיה לא מספקת, אבל גם השפלה לאורך זמן, מספר וזמן המילוי מחדש, סיכונים שונים. זה לא אומר שמתכת כאילו מגנזיום לא יהיה תקף, אבל כרגע אנחנו לא יודעים איך לעשות את זה.
למשל, לשאלה "אם קיימות סוללות מלח, למה לא להשתמש במי ים?", זה נעשה, במיוחד בתחום תאי הדלק. וכמובן קרה מה שהיה צריך לקרות: התכלות של הממברנות, כי מי ים הם לא רק מים מלוחים, הם מלאים במיקרואורגניזמים וחלקיקים בתרחיף. ואם אתה צריך לטהר מי ים לפני השימוש בהם, שלום לעלות האנרגיה.

האלטרנטיבות בהחלט יגיעו, גם הליתיום היה יתרון גדול על הקדמיום שקדם לו, אין צורך לתבוע אותן, כל השחקנים בתחום מודעים לבעיה ועושים מחקר. בהתחשב בסיכויים העסיסיים שחידוש תקף יייצג, אם הם לא יציגו כאלה זה שהם לא הצליחו. הציבור הרחב אינו מבין את הקשיים כאשר הוא מתמודד עם מציאות ההנדסה. חלקם אפילו מרחיקים לכת ומדמיינים תיאוריות קונספירציה כדי להסביר שאנחנו לא רוצים שינוי טכנולוגי כשלמעשה, אנחנו לא יודעים איך. אלה בהחלט מעולם לא התלכלכו במונחים של חדשנות.

נ.ב - להתייחסות להולכת עצם, יש לי את הציוד לכך, בדקתי. לגבי סוללות חדשניות, המציאות פחות ורודה ממה שנאמר. אם זה יכול להתאים לשיחת טלפון, או לספורטאי שמאזין למוזיקה בפעילות שלו שבה דרישת האיכות לא גדולה בניגוד לצורך לשמוע את צליל הסביבה, מצד שני זה הרבה פחות טוב אוזניות הן מאוד רגיש למיקום, להידוק, ספקטרום התדרים תלוי במיקום זה, במיוחד הטרבל מעומעם בקלות, או שיש לו נזילות חיצוניות לבעלי אוזניים רגישות.

תודה רבה על המשוב האינפורמטיבי הזה! אני לא יכול לסתור אותך, אני מרגיש שיש לך הרבה יותר ניסיון ממני בנושא הזה. הכוונה שלי לכתוב מאמר זה לא הייתה בשום אופן שאלה של הדגשת החלופות הללו כפתרון "ה". עם הניסיון שלך, באיזה משאב/ים אתה הכי מאמין בתגליות האחרונות? אני בעצם כאן כדי לחנך את עצמי לגבי הולכת עצם; כן, ראיתי שאכן זה לא מכשיר ש"מתנתק" מבחינת איכות הסאונד... אבל אמא שלי שסובלת מטינטון כבר 10 שנים מאוד אסירת תודה על הגאדג'ט הקטן הזה!