الطاقة الكهربائية والليثيوم

بقلم – الدكتور علي عبد النبي:

الطاقة المتجددة ليست من المصادر الثابتة لتوليد الطاقة الكهربائية، وتعتبر “متقطعة”، فهى تتأثر بالموقع والطقس والوقت من اليوم، بمعنى أن توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية يعتمد على وجود الشمس، وتوليد الكهرباء من طاقة الرياح يعتمد على وجود الرياح.

ويعتبر توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح غير مؤكد uncertain، لأنه لا يمكن التنبؤ بالمخرجات بدقة مطلقة، وتحتاج الشبكات الكهربائية إلى توفير طاقة ذات موثوقية عالية وثابتة reliable and steady energy.

استبدال وحدات توليد الكهرباء التقليدية بمحطات طاقة الرياح أو الطاقة الشمسية، سوف تطرح قضايا جديدة من حيث استقرار الشبكة والموثوقية grid stability and reliability. ومن أجل التغلب على هذه المشاكل، يصبح تخزين الطاقة الكهربائية حلاً عملياً. علاوة على ذلك، يمثل تخزين الطاقة الكهربائية حلاً رئيسياً ليس فقط لتخزين كهرباء محطات الطاقة المتجددة، ولكن أيضاً لتطبيقات الطاقة الكهربائية الاحتياطية، عن طريق تعويض القدرة الاستثنائية، وتوفير مصدر طاقة كهربائية غير قابل للانقطاع عند ظهور انخفاض الجهد فى شبكة الطاقة الكهربائية.

البطاريات تستطيع تخزين الطاقة الكهربائية، فهى تحول الكهرباء إلى طاقة كامنة كيميائية قابلة للتخزين، والعودة إلى طاقة كهربائية مرة أخرى عند الحاجة إلى كهرباء. البطاريات يمكنها أداء وظائف مختلفة فى نقاط مختلفة على طول الشبكة الكهربائية. فى موقع محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية أو توربينات الرياح، يمكن للبطاريات أن تخفف من التقطع فى تدفق الطاقة الكهربائية من خلال تخزين الطاقة الكهربائية الزائدة، عندما يكون الطلب منخفضاً واسترجاعها عندما يكون الطلب مرتفعاً.

هناك جوانب كثيرة تلعب دوراً هاماً فى اختيارنا للبطاريات فى التطبيقات المختلفة، منها “دورة الحياة” والذى يشير إلى عدد المرات التى يمكن فيها إعادة شحن البطارية قبل أن تنخفض قدرتها على الشحن إلى أقل من 80% من الشحن الكامل. وهناك جوانب أخرى، وهى مدى سُميتها وقابلية إعادة التدوير ومدى سهولة الاحتفاظ بها فى نطاق درجة الحرارة المطلوبة، لكن التكلفة هى العامل الرئيسى الذى يحد من الاستخدام الواسع النطاق للبطاريات.

الآن أصبحت بطاريات “ليثيوم-أيون” (Li-ion) تستخدم على نطاق واسع بسبب خصائصها، مثل الكفاءة العالية وكثافة الطاقة والعمر الطويل. بطارية الليثيوم-أيون مصنوعة من أكسيد الليثيوم والكوبالت، حيث تستخدم “كربونات الليثيوم” فى تصنيع معظم كاثودات بطارية الليثيوم-أيون.

الاستخدام الأكثر شيوعا لبطاريات “ليثيوم-أيون” نجده فى تشغيل الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية مثل أجهزة المحمول، وكذا استخدامها فى تشغيل السيارات الكهربائية، فضلا عن كونها المرشحة الأكثر جاذبية لأنظمة التخزين الكهروكيميائية للتطبيقات الثابتة، وتطبيقات توفير الطاقة الاحتياطية، ومن المتوقع أن تكون جزءاً أساسياً من مزيج الطاقة فى العالم.

الليثيوم يستخرج من برك المياه المالحة، ومعظم هذه البرك تتواجد فى الأرجنتين وتشيلى والصين، كما يستخرج الليثيوم من الصخور المعدنية والمتواجدة فى استراليا والصين وزيمبابوى والبرتغال. ناتج استخراج الليثيوم من برك المياه المالحة يمثل 40% من الإمدادات العالمية، فى حين إنتاج الليثيوم من الصخور المعدنية يمثل 60%. احتياطيات الليثيوم متوزعة على نطاق واسع على المستوى العالمى، والحصول على ما يكفى من الليثيوم لا يشكل مشكلة. 

فى عام 2017، كانت إمدادات “كربونات الليثيوم” تزيد قليلاً عن 233 ألف طن، فى حين أن الاستهلاك كان أقل من 217 ألف طن. فى عام 2016  كان المتوسط لسعر الطن من “كربونات الليثيوم” المستخدمة فى البطاريات هو 7400 دولار. وفى عام 2017، تقريبا تضاعف السعر ووصل 13900 دولارا للطن، وفى عام 2018 وصل السعر إلى 20 ألف دولار للطن. أدى ارتفاع أسعار كربونات الليثيوم إلى فتح مناجم جديدة وزيادة العرض فى السوق، ونتيجة لذلك، فقد بدأ السعر ينخفض ابتداء من عام 2018، ووصل فى يناير 2021 إلى 7500 دولار.

لو نظرنا إلى “اقتصاديات الحجم”، نجد أن تكلفة بطاريات الليثيوم-أيون انخفضت مع ارتفاع حجم التصنيع. فقد انخفض سعر بطاريات الليثيوم-أيون من 1175 دولار لكل كيلووات ساعة عام 2010 إلى 138 دولار لكل كيلووات ساعة عام 2020. فى نفس الفترة ارتفع حجم تصنيع بطاريات الليثيوم-أيون من 25 جيجاوات ساعة عام 2010 إلى 808 جيجاوات ساعة عام 2020.

من ذلك نرى أنه على مدى عشر سنوات فقط، ارتفع عدد المصانع التى تصنع بطاريات الليثيوم-أيون. تعد هذه الزيادة في القدرة التصنيعية أحد أكبر الأسباب التى أدت إلى انخفاض تكلفة بطاريات السيارات الكهربائية.

أشكركم وإلى أن نلتقى فى مقالة أخرى لكم منى أجمل وأرق التحيات.