שתפו‬        

רן בן מיכאל

מצב סוללה חלשה

סוללות הליתיום שמניעות את הטלפונים החכמים ואת המכוניות החשמליות שלנו הגיעו כנראה לקצה דרכן הטכנולוגית וגם החומרים מהם הן עשויות מציבים קשיים כלכליים וסביבתיים. אז מה יהיה הדבר הגדול הבא בתחום הסוללות והמצברים?

7 באוקטובר 2018



 

סוללות נטענות נמצאות בכל מקום: במכשירי חשמל קטנים, במחשבים ניידים וכמובן בטלפונים חכמים, אולם הן משמעותיות במיוחד, מבחינת היקף חומרים, כשהן מניעות מכוניות חשמליות. מכוניות מונעות מצבר בלבד ומכוניות היברידיות שמשלבות גם מנוע רגיל, זקוקות למערך תאי אנרגיה כבד ולכן טכנולוגיית הסוללות היא קריטית להתפתחות שוק מתפתח זה.

הטכנולוגיה הנוכחית של יצור סוללות ליתיום-יון מגיעה לקצה גבול היכולת שלה, במיוחד ביישומים גדולים כמו כלי תחבורה. יש לכך שתי סיבות: הראשונה, הנדסת החומרים מיצתה כנראה את יכולת ההתייעלות שלה והשנייה, השגת משאבי הטבע הדרושים לה מתגלה כמשימה בעייתית במיוחד.

קובלט הוא יסוד חשוב בתעשיית הצבעים ובייצור חומרים קשיחים, אבל עיקר השימוש בו היום הוא לסוללות נטענות בקתודה (האלקטרודה החיובית) של הסוללה . התחזית היא שבשנת 2020 62 אחוז מהביקוש לקובלט יהיה ליצור סוללות. בשנת 2016 נכרו בעולם 123 אלף טון של קובלט. מכונית כמו טסלה, למשל, משתמשת ב-22 קילוגרם קובלט בסוללה שלה ומכונית היברידית משתמשת בכ-4 קילוגרמים של החומר הזה.

הטכנולוגיה הנוכחית של יצור סוללות ליתיום-יון מגיעה לקצה גבול היכולת שלה. תצלום: rawpixel – unsplash

 

התחרות על המשאב הובילה לאחרונה את חברת אפל לשקול לרכוש קובלט ישירות מחברות הכרייה ולא להיות תלויה ביצרניות הסוללות של מכשיריה וכך עושות גם חברות גדולות אחרות הזקוקות לו.

למעשה, קובלט אינו נדיר כל כך ונמצא במקום ה-32 בזמינותו היחסית. אולם יש בעיה אחרת: כמחצית מכמות הקובלט בעולם מגיעה ממדינה אחת: הרפובליקה הדמוקרטית של קונגו. המדינה הענקית במרכז אפריקה עשירה במשאבי טבע, אך מלחמות אזרחים ממושכות ושחיתות פוליטית הותירו אותה כאחת המדינות העניות בעולם. מדדי הפיתוח האנושי והשחיתות הציבורית שלה נמצאים בתחתית הטבלה. הקובלט נכרה שם לעתים במכרות פירטיים, בלא הקפדה של ממש על תנאי העבודה והבטיחות. כתוצאה מכך שרשרת האספקה היא בעייתית מאוד – החל מריכוזיות בכרייה ובעיבוד וכלה בהפרת זכויות אדם ועבודת ילדים.

זליגת ליתיום מסוכנת

לכריית המשאבים לסוללות – כולל ליתיום, מנגן וניקל, מתכות הזולות יותר מקובלט – יש גם מחיר סביבתי שלילי. ליתיום שזלג ממכרה סיני ברמת טיבט זיהם את נהר הליקי וחיסל בו את שפע הדגה ואת המרעה לעדרי היאק. בדרום אמריקה, התהליך של הפקת ליתיום במישורי המלח של בוליביה, ארגנטינה וצ'ילה הוא תהליך זולל-מים בבריכות אידוי וחלק מהליתיום חודר לאקוויפר ומזהם אותו.

למכוניות חשמליות נטענות יש לא מעט יתרונות – המנוע שקט ויעיל יותר וזקוק לתחזוקה מועטה יחסית, הטעינה זולה יותר מהדלק והפליטות הכוללות הן נמוכות ומוקדיות (ארובות תחנות הכוח) לעומת פליטות בלתי מוקדיות בפני השטח, שנפלטות מאגזוזי כלי הרכב שאינם חשמליים. אבל מצד שני, הסוללה יקרה, כבדה, אורך חייה הכולל קצר יחסית, ולוקח זמן רב לטעון אותה יחסית למשך הזמן של מילוי דלק. גם הסוללות של מכשירים קטנים יותר לא חפות מבעיות הנובעות מתהליך ייצורן המורכב.

במהלך המרדף אחרי סוללה עם טעינה מהירה, טווח שימוש ארוך ובטיחות בשימוש, יש לעתים תקלות קשות, כפי שזכור מהפיאסקו של סמסונג נוט7 שהסוללות שלו עלו באש. חדשות לבקרים אנו שומעים על שיפורים ושכלולים בתחום ביצועי הסוללות, אך יש רבים שסבורים כי הטכנולוגיה הזו ממצה את יכולת דחיסת האנרגיה בתא בודד של סוללה ואין לה באמת לאן להתפתח.

תחנת הטעה לרכב חשמלי של חברת טסלה. תצלום: chase lewis – unsplash

 

בשנת 2030 צפוי לעלות מספר המכוניות החשמליות בעולם ל-125 מיליון (נכון לשנת 2017 היו בעולם 3 מיליון מכוניות ). אחד הגורמים הדוחפים בכיוון זה הוא ממשלת סין, שהציבה יעד של 5 מיליון כלי רכב חשמליים עד 2020 בתכנית החומש שלה – גם כדי לפתח יתרון מסחרי מוקדם בשוק העולמי וגם כדי להילחם בזיהום האוויר הקשה בעריהּ. סין, לפיכך, היא גם שחקן מרכזי בהפקה של חומרים אלו וגם תלויה בהם למימוש יעדים כלכליים וסביבתיים.

ממשלת בריטניה משקיעה רבע מיליארד ליש"ט (1.2 מיליארד שקל) כדי לפתח סוללות יעילות, לשימוש ארוך, בטוחות, קלות ובעיקר ניתנות למחזור תחת יוזמה הקרויה אתגר פאראדיי (על שם מייקל פאראדיי, חלוץ המחקר האלקטרומגנטי). הממשלה מצפה כי שווי השוק האירופי ב-2025 של מצברים לכלי רכב חשמליות יעמוד על 50 מיליארד ליש"ט. בנוסף, החל בשנת 2040 לא יהיה ניתן לרכוש רכב שאינו חשמלי בבריטניה .

סוללה ללא קובלט

עשרות המחקרים המדעיים בתחום הסוללות שפועלות תחת המיזם הבריטי טרם הבשילו למהלך מסחרי, אבל כבר היום יש מאות חברות סטרט-אפ עם השקעות בהיקף של מאות מיליוני דולרים בתחום הסוללות והמצברים. כך, למשל, חברה בשם איוניק מטריאלס בארה"ב מבקשת למצוא תחליף לאלקטרוליט, התמיסה הכימית שנמצאת בתוך הסוללה ומאפשרת את מעבר היונים שמייצרים את הזרם החשמלי. במקום תמיסה הרעיון הוא להשתמש בחומר מוצק: פולימר (חומר המורכב מתת יחידות שחוזרות על עצמן). הדבר יהפוך את הסוללה לקלה יותר, בטוחה יותר, זולה יותר ובמיוחד, תלויה פחות בקובלט.

במסלול זה של פיתוח משקיעות גם חברות הרכב, אך הן בוחנות גם פתרונות אחרים במסגרת הטכנולוגיה הקיימת כמו צמצום השימוש בקובלט ובמקומו שימוש בניקל או נתרן במקום ליתיום, אך לאלו לא יהיו היתרונות של אלקטרוליזה מוצקה.

כך או כך, נדמה שלפריצה טכנולוגית של ממש בתחום הסוללות והמצברים צפויה להיות השפעה חיובית כלכלית וסביבתית של ממש.


בעקבות הכתבה ב"זווית" הסיפור פורסם גם ב-וואלה!

שתפו‬