يُنظر إلى بطاريات الليثيوم والليثيوم أيون على أنها نجوم الأمل في حماية البيئة, لأنها تساعد في تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري عالي الانبعاثات الكربونية وتدفع التحول نحو تقنيات أكثر صداقة للبيئة.
تعمل هذه البطاريات على تشغيل جميع الأجهزة بدءًا من الهواتف الذكية وحتى السيارات الكهربائية, وهم في طليعة ثورة الطاقة الخضراء.
سوف تستكشف هذه المقالة دورة الحياة المعقدة لبطاريات الليثيوم بدءًا من التعدين وحتى المعالجة, ودراسة الأثر البيئي لبطارية أيون الليثيوم.
ما هي بطارية الليثيوم？
بطاريات الليثيوم هي جوهر تخزين الطاقة الحديثة, توفير الطاقة لمختلف الأجهزة بدءاً من الأجهزة المنزلية إلى السيارات الكهربائية.
تولد هذه البطاريات تيارًا عن طريق تحريك أيونات الليثيوم بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة للبطارية.
يمكنهم تخزين كمية كبيرة من الطاقة في عبوات صغيرة وخفيفة الوزن, مما يجعلها حاسمة في عالم اليوم المتقدم تكنولوجياً.
هناك أنواع مختلفة من بطاريات الليثيوم, تم تصميم كل منها لأغراض محددة وتمتلك مزايا فريدة.
وتشمل هذه الأنواع أيون الليثيوم (لي ايون), فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4), بوليمر الليثيوم (يبو), وأكسيد الليثيوم المنغنيز (LiMn2O4) البطاريات.
أنواع بطاريات الليثيوم
أيون الليثيوم (لي ايون) البطاريات
يُستخدم هذا النوع من البطاريات على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية المحمولة والمركبات الكهربائية نظرًا لكثافة الطاقة وكفاءتها الممتازة.
مدة خدمتهم عموما بين 2 و 10 سنين, اعتمادا على طريقة الاستخدام وحالة الصيانة.
تشتهر بطاريات الليثيوم أيون بخفة وزنها وكفاءة الشحن العالية, مما يجعلها مصدرًا مثاليًا للطاقة لأجهزة مثل الهواتف الذكية, أجهزة الكمبيوتر المحمولة, والمركبات الكهربائية.
فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4) بطارية
تُفضل بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم لسلامتها الممتازة وعمر الخدمة الطويل.
يمكن أن تصل مدة الخدمة المتوقعة 5 ل 15 سنين, مما يجعلها مناسبة للغاية للتطبيقات التي تتطلب موثوقية وأمانًا عاليين, مثل أنظمة تخزين الطاقة الثابتة والنقل العام الكهربائي.
هذه البطاريات أقل عرضة لارتفاع درجة الحرارة, تقليل مخاطر الانفلات الحراري وتعزيز السلامة.
بوليمر الليثيوم (يبو) بطارية
تُستخدم بطاريات الليثيوم بوليمر بشكل شائع في الطائرات بدون طيار, أجهزة التحكم عن بعد, وبعض الأجهزة الإلكترونية المحمولة.
لديهم أشكال مرنة وتصميمات خفيفة الوزن, ولكن عادة ما يكون لها عمر يتراوح بين 2 و 5 سنين.
على الرغم من أنها تتمتع بكثافة طاقة عالية ويمكن تشكيلها في أشكال مختلفة, فهم أكثر حساسية للأضرار الجسدية ويتطلبون معالجة دقيقة لتجنب مخاطر السلامة.
أكسيد المنغنيز الليثيوم (LiMn2O4) بطارية
تحظى بطاريات أكسيد المنغنيز الليثيوم بشعبية كبيرة بسبب سعرها المعتدل وأدائها الجيد, وتستخدم عادة في الأدوات الكهربائية, المعدات الطبية, وبعض المركبات الكهربائية.
مدة خدمتهم عموما بين 3 و 7 سنين.
تحقق هذه البطاريات توازنًا جيدًا بين السلامة, يكلف, والأداء, مما يجعلها مناسبة لسيناريوهات التطبيق المختلفة.
كيف تعمل بطاريات الليثيوم?
تعتمد آلية تشغيل بطاريات الليثيوم أيون على حركة أيونات الليثيوم بين قطبي البطارية – القطب الموجب (الكاثود) القطب السلبي (الأنود) - من خلال المنحل بالكهرباء.
أثناء التفريغ, تهاجر أيونات الليثيوم من القطب الموجب إلى الكاثود, توليد تيار كهربائي يوفر الطاقة للمعدات المتصلة.
عند الشحن, تعود أيونات الليثيوم من الكاثود إلى الأنود ويتم تخزينها عند الأنود حتى يتم تفريغ البطارية مرة أخرى.
تتيح الحركة العكسية لأيونات الليثيوم إمكانية شحن البطارية بشكل متكرر.
المواد الخاصة المستخدمة للأقطاب الكهربائية والإلكتروليتات في البطاريات لها تأثير كبير على أداء البطارية.
عادة ما يكون الأنود مصنوعًا من الجرافيت, بينما يتكون الكاثود من أكاسيد معدن الليثيوم مثل أكسيد كوبالت الليثيوم أو فوسفات حديد الليثيوم.
الإلكتروليتات هي أملاح الليثيوم المذابة في المذيبات العضوية, مما يسهل حركة أيونات الليثيوم بين الأقطاب الكهربائية.
يمنح هذا المزيج من المواد البطارية كثافة طاقة عالية, مما يسمح لبطاريات الليثيوم أيون بتخزين كميات كبيرة من الطاقة في عبوات صغيرة وخفيفة الوزن, مما يجعلها حلاً مثاليًا للطاقة للأجهزة الإلكترونية المحمولة والمركبات الكهربائية.
مزايا بطاريات الليثيوم في التحول إلى بيئة خضراء
تلعب بطاريات الليثيوم دورًا حاسمًا في تعزيز التحول الأخضر.
مع الجهود العالمية للحد من انبعاثات الغازات الدفيئة وتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري, وقد سهلت بطاريات الليثيوم الانتقال إلى حلول الطاقة النظيفة.
في مجال السيارات الكهربائية, توفر بطاريات الليثيوم بديلاً خاليًا من الانبعاثات لمحركات الاحتراق الداخلي التي تعتمد على الوقود الأحفوري, الحد بشكل كبير من تلوث الهواء وانبعاثات الكربون.
فضلاً عن ذلك, تعتبر بطاريات الليثيوم ضرورية لتخزين مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.
تعمل سعة تخزين الطاقة هذه على حل مشكلة انقطاع الطاقة المتجددة, ضمان إمدادات الطاقة مستقرة حتى في غياب ضوء الشمس أو الرياح.
يستفيد التطبيق الواسع النطاق لبطاريات الليثيوم أيضًا من التقدم المستمر لتكنولوجيا البطاريات, مما يحسن كثافة الطاقة, سرعة الشحن, والأداء العام.
هذه التطورات التكنولوجية تجعل السيارات الكهربائية أقل تكلفة ومناسبة للاستخدام اليومي.
فضلاً عن ذلك, يعمل تطوير حلول تخزين طاقة بطاريات الليثيوم على نطاق الشبكة على تعزيز قدرة الطاقة المتجددة على الاندماج في شبكة الطاقة الوطنية, تعزيز بناء بنية تحتية للطاقة أكثر استدامة ومرونة.
ما هو تأثير بطاريات الليثيوم على البيئة?
من المنطقي اعتبار بطاريات الليثيوم والليثيوم أيون خيارات صديقة للبيئة.
بعد كل شيء, يمكن أن يؤدي استخدام البطاريات إلى تقليل الاعتماد على مصادر الطاقة الأخرى ذات الانبعاثات العالية من الكربون.
لنأخذ السيارات الكهربائية كمثال, يستخدمون بطاريات الليثيوم أيون. عن طريق اختيار السيارات الكهربائية, يمكننا تقليل استهلاكنا للوقود الأحفوري مثل النفط.
لكن, تستحق بطاريات الليثيوم أيضًا الاهتمام نظرًا لتأثيرها السلبي المحتمل على البيئة.
دعونا نتعمق في القضايا البيئية المتعلقة ببطاريات الليثيوم.
التحديات البيئية لتعدين الليثيوم
أحد الأسباب الرئيسية التي تجعل الليثيوم وبطارياته يعتبر ضارًا بالبيئة هو أن عملية استخلاص الليثيوم مدمرة للغاية للبيئة.
في الوقت الحالي, يتم التعدين التجاري للليثيوم بشكل رئيسي من خلال طريقتين, وهي استخراج الليثيوم من البحيرة المالحة والتعدين المكشوف:
استخراج سولت لايك الليثيوم
يعتمد معظم إنتاج الليثيوم العالمي على استخراج البحيرات المالحة, والذي يستخدم رواسب الملح الغنية بالليثيوم الموجودة بشكل طبيعي في البحيرات المالحة تحت الأرض.
وتقع هذه البحيرات المالحة بشكل رئيسي فيما يسمى بمثلث الليثيوم, منطقة تمتد على حدود بوليفيا, الأرجنتين, وتشيلي. وتشتهر المنطقة بموارد الليثيوم الوفيرة, مع تقدير 56% من احتياطيات الليثيوم المعروفة في العالم.
طريقة التعدين حفرة مفتوحة
هناك طريقة تجارية أخرى للحصول على الليثيوم وهي من خلال تعدين الصخور الصلبة, وهو أكثر تعقيدًا وكثافة في استخدام الموارد مقارنةً باستخراج الليثيوم من البحيرات المالحة.
أستراليا هي المنطقة الرئيسية لعمليات التعدين المفتوحة في جميع أنحاء العالم, مع وجود أنشطة التعدين على نطاق أصغر أيضًا في البرازيل, البرتغال, جنوب أفريقيا, والصين.
ومن المتوقع أن تبدأ فنلندا وأمريكا الشمالية أيضًا في استخراج الليثيوم في السنوات القادمة.
تأثير بطارية الليثيوم على البيئة
على الرغم من أن بطاريات الليثيوم أيون غالبًا ما يُنظر إليها على أنها حلول صديقة للبيئة, فهي ضرورية لتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري والتخفيف من آثار تغير المناخ.
أنها توفر الطاقة لمختلف الأجهزة, من السيارات الكهربائية إلى الهواتف الذكية, وهي تقنيات أساسية تقود التحول إلى الطاقة النظيفة.
لكن, وراء الفوائد البيئية لبطاريات الليثيوم أيون تكمن تكلفة بيئية مخفية ضخمة.
كان لتعدين ومعالجة الليثيوم والمعادن الأرضية النادرة الأخرى تأثيرات كبيرة على البيئة والمنطقة المحلية.
يوفر التعدين فرص عمل ولكنه يجلب أيضًا مشكلات بيئية.
ومع تزايد الطلب على هذه البطاريات, ويتسع نطاق هذه التأثيرات أيضًا.
تدهور الأراضي وتدمير الموائل
يمكن أن يتسبب تعدين الليثيوم في الحفرة المفتوحة على وجه الخصوص في تدهور مساحات كبيرة من الأرض.
من أجل القيام بعمليات التعدين, يجب تطهير مساحات كبيرة من الأراضي, مما يضر بالموائل الطبيعية ويؤدي إلى انخفاض كبير في التنوع البيولوجي.
على سبيل المثال, في غرب أستراليا, أثار مشروع توسيع منجم الليثيوم Greenbushes جدلاً كبيرًا لأنه يتضمن تطهيرًا تقريبًا 350 هكتار من النباتات البكر, مما يؤثر على العديد من الأنواع المهددة بالانقراض بما في ذلك الكوكاتو الأسود والأوبوسوم ذو الذيل الدائري الغربي.
استنزاف الموارد المائية والتلوث
يعد استهلاك الموارد المائية مشكلة بيئية رئيسية في عملية تعدين الليثيوم.
ويتطلب إنتاج طن واحد من الليثيوم حوالي 2.2 مليون لتر من الماء, مما يؤدي إلى تحويل موارد المياه القيمة من الزراعة المحلية والمجتمعات الأصلية.
قد تؤدي أنشطة التعدين أيضًا إلى تدهور التربة, مما يجعلها غير مناسبة لنمو الغطاء النباتي وتؤدي في النهاية إلى الإضرار بالنظام البيئي المحلي.
في المناطق القاحلة مثل مثلث الليثيوم في أمريكا الجنوبية (تغطي أجزاء من بوليفيا, الأرجنتين, وتشيلي), يستهلك تعدين الليثيوم كمية كبيرة من الموارد المائية.
على سبيل المثال, في مسطحات أتاكاما الملحية في تشيلي, تستهلك عمليات التعدين حوالي 200000 لتر من الماء يومياً.
هذا يمثل حوالي 65% للموارد المائية في المنطقة, مما يؤدي إلى مشاكل حادة في ندرة المياه.
عملية ترشيح الليثيوم
تشكل عملية الترشيح لاستخراج الليثيوم من الخامات باستخدام المحاليل الكيميائية تحديات كبيرة للبيئة.
قد تتسرب المواد الكيميائية المستخدمة في هذه العمليات إلى التربة والمياه الجوفية المحيطة بحقل ترشيح الليثيوم, التسبب في تلوث البيئة على المدى الطويل.
فضلاً عن ذلك, يمكن أن تؤدي عملية الترشيح وتبخر المذيبات إلى إطلاق مواد كيميائية ضارة في الغلاف الجوي, مما يسبب تلوث الهواء ويشكل خطرا على صحة السكان المحليين.
الاستخدام المتكرر للمذيبات الكيميائية يمكن أن يقلل من جودة التربة ويسبب اختلالات بيئية طويلة المدى.
تستهلك أنشطة التعدين كمية كبيرة من الموارد المائية, تفاقم حالة الجفاف في المنطقة, وتهدد سبل عيش المزارعين المحليين والمجتمعات الأصلية.
فضلاً عن ذلك, تؤدي عملية التعدين إلى تلوث التربة وتدهورها, جعل الأرض غير صالحة للأنشطة الزراعية والإضرار بالنظام البيئي المحلي.
بسبب إطلاق المواد الكيميائية الضارة أثناء عملية التعدين, تتأثر جودة الهواء أيضًا, مما يشكل خطرا على صحة السكان القريبين.
تكشف هذه القضايا عن التأثير الأوسع لتعدين الليثيوم على البيئات المحلية وجهود التنمية المستدامة العالمية, تسليط الضوء على الحاجة الملحة لممارسات التعدين الأكثر استدامة والرقابة التنظيمية.
تأثير المعادن الأخرى الموجودة في بطاريات الليثيوم على البيئة
تحتوي بطاريات الليثيوم أيون أيضًا على العديد من المكونات المعدنية الأخرى التي قد يكون لها تأثير خطير على البيئة.
على سبيل المثال, الكوبالت والنيكل نوعان من هذه المعادن, كما تسبب عمليات التعدين والمعالجة أعباء بيئية كبيرة.
تأثير تعدين الكوبالت
ويتركز استخراج الكوبالت بشكل رئيسي في بعض مناطق أفريقيا, وخاصة في جمهورية الكونغو الديمقراطية.
لقد تسبب تعدين الكوبالت في إحداث ضرر كبير على البيئة لما له من سمية عالية منذ بداية التعدين.
تمتلك جمهورية الكونغو الديمقراطية ما يقرب من نصف احتياطيات الكوبالت في العالم وتمثلها حاليًا 70% من إنتاج الكوبالت العالمي.
وتتفاقم المشكلة بسبب الزيادة الكبيرة في أنشطة التعدين اليدوية, وهي التعدين المؤقت, والتي تعتمد عادة على عمالة الأطفال لاستخراج المعادن بسبب ارتفاع أسعار المعادن.
عادة لا يكون لدى العمال معدات الحماية المناسبة, وطرق التعدين خطيرة للغاية.
قد لا تتسبب أنشطة التعدين المؤقتة هذه في وقوع إصابات فحسب, ولكن أيضًا تضر بالبيئة.
يؤدي التخلص غير المنظم من المواد السامة إلى الإضرار بالمناظر الطبيعية, مصادر المياه الملوثة, وحتى التأثير على المحاصيل.
تعدين خام النيكل
النيكل, كمعدن يستخدم على نطاق واسع في الصناعة والسلع الاستهلاكية, وهو أيضًا أحد المكونات الرئيسية لبطاريات الليثيوم أيون.
ترتبط عملية التعدين بسلسلة من القضايا البيئية, مثل تلوث الهواء, تلوث المياه, تدهور التربة, وتدمير الموائل الطبيعية.
توزيع النيكل الخام موجود بشكل رئيسي في دول مثل أستراليا, كندا, إندونيسيا, روسيا, والفلبين.
هناك اختلافات كبيرة في الأطر التنظيمية والقانونية لعمليات التعدين بين هذه البلدان والمناطق, مما أدى إلى اختلافات كبيرة في معايير السلامة وتدابير حماية البيئة.
في بعض المناطق, وقد يؤدي عدم كفاية التنظيم إلى تفاقم قضايا التدهور البيئي وزيادة المخاطر الصحية على العمال والمجتمعات المحلية.
تتضمن عملية استخراج النيكل عدة خطوات عالية المخاطر.
عادة ما يتم استخراج خام النيكل من مناجم مفتوحة أو تحت الأرض, ومن ثم معالجتها لاستخراج النيكل.
تؤدي عملية المعالجة هذه إلى إطلاق ثاني أكسيد الكبريت والغبار المحتوي على النيكل, نحاس, الكوبالت, والكروم, والتي من المعروف أنها ضارة بصحة الإنسان.
ثاني أكسيد الكبريت هو ملوث خطير للهواء يمكن أن يسبب مشاكل في الجهاز التنفسي والأمطار الحمضية, في حين أن الغبار يمكن أن يكون مسببا للسرطان.
في المناطق التي لا تكون فيها اللوائح البيئية صارمة, العمال, المجتمعات المحلية, وتواجه البيئة المحيطة مخاطر عالية بشكل خاص.
على سبيل المثال, في الفلبين, ترتبط عمليات تعدين النيكل بتلوث المياه الساحلية, مما يؤثر على الحياة البحرية ومجتمعات الصيد.
أظهرت الأبحاث التي أجريت على المياه القريبة من مناجم الكوبالت أن الأسماك تحتوي على مستويات عالية بشكل غير طبيعي من الكوبالت في أجسامها.
وهذا التلوث يضر بالنظام البيئي, وعندما يستهلك الإنسان هذه الأسماك أو يشرب الماء من نفس المصدر, وتنتقل هذه المواد الضارة بسهولة إلى الإنسان.
بسبب اعتبار الكوبالت مادة مسرطنة محتملة, فهو يشكل خطراً كبيراً على صحة الإنسان.
تحدي الاستدامة والخيارات البديلة لبطاريات الليثيوم
رغم التحديات البيئية, الموارد المعدنية مثل الليثيوم, الكوبالت, والنيكل محدودة وسيتم استنفادها في نهاية المطاف.
لذلك, يبحث الباحثون في جميع أنحاء العالم عن حلول طاقة بديلة أكثر صداقة للبيئة واستدامة.
البديل الواعد هو بطاريات أيونات الصوديوم.
على عكس الليثيوم, موارد الصوديوم وفيرة وموزعة على نطاق واسع, مما يجعلها خيارًا أكثر استدامة.
يمكن لبطاريات أيونات الصوديوم استخدام عمليات تصنيع ومعدات مشابهة لبطاريات الليثيوم أيون, مما يساعد الشركات المصنعة على الانتقال بسلاسة أكبر.
فضلاً عن ذلك, مقارنة بالليثيوم, يتطلب استخراج الصوديوم كمية أقل من الماء, مما يقلل بشكل كبير من تأثيرها البيئي.
على سبيل المثال, كمية الماء اللازمة لاستخراج طن واحد من الليثيوم 682 أضعاف استخراج طن واحد من الصوديوم.
تم تطبيق بطاريات أيون الصوديوم في مختلف المجالات, وخاصة في مجال تخزين الطاقة لأنظمة الطاقة المتجددة.
على الرغم من أن كثافة الطاقة لبطاريات أيون الصوديوم أقل من كثافة بطاريات الليثيوم أيون, يتحسن الناس باستمرار لتعزيز كفاءتهم وعمرهم.
هذه البطاريات أكثر أمانًا, أكثر استقرارا, وتكون أقل عرضة لارتفاع درجة الحرارة والحرائق, وهي ميزة كبيرة مقارنة بتقنية أيون الليثيوم.
البديل الآخر الذي يتم استكشافه هو بطاريات الحالة الصلبة, التي تستخدم الشوارد الصلبة بدلا من الشوارد السائلة.
توفر هذه التقنية كثافة طاقة أعلى وأمانًا أعلى لأنها تقضي على مخاطر التسرب وتقلل من القابلية للاشتعال. بطاريات الحالة الصلبة لا تزال في مرحلة التطوير, لكن لديها إمكانات هائلة لتخزين الطاقة في المستقبل.
فضلاً عن ذلك, أصبحت بطاريات الليثيوم الكبريتية تدريجياً بديلاً محتملاً.
تستخدم هذه البطاريات الكبريت على الكاثود, وهو أكثر وفرة وأرخص من الكوبالت والنيكل المستخدم في بطاريات الليثيوم أيون التقليدية.
تتمتع بطاريات الليثيوم والكبريت بكثافة طاقة أعلى ووزن أخف, مما يجعلها مناسبة لتطبيقات مثل الطائرات بدون طيار والمنتجات الإلكترونية المحمولة.
آراء حول تعدين بطارية ليثيوم أيون
العديد من دعاة حماية البيئة في أوروبا وأمريكا لديهم موقف سلبي تجاه تعدين بطاريات الليثيوم أيون.
وهم يعتقدون بقوة أن مناجم الليثيوم والمواد الأخرى يمكن أن يكون لها تأثير على البيئة.
لكن الأنشطة البشرية لا يمكن فصلها عن استخدام الأنواع والعناصر الطبيعية.
يمكن معالجة التأثير على البيئة وتنسيقه من خلال طرق مثل المعالجة الكيميائية.
إذا كان النباتيون المتطرفون كما تفعل بعض الدول الأوروبية والأمريكية, بل سيؤثر في الواقع على تطور السلسلة الغذائية الطبيعية.
إذا كنت مهتمًا بالصحة البيئية ولديك طلب على منتجات بطاريات الليثيوم, يمكنك التشاور GycxSolar.
لدينا مستشارين استجابة محترفين, تجربة خدمة عالية الجودة, وعملية إعادة التدوير الشاملة.
تساعدك على تحقيق تجربة تسوق مثالية.
تلخيص
بالإضافة إلى استكشاف معادن بديلة لبطاريات الليثيوم أيون, ويبحث العلماء أيضًا عن كيفية إعادة تدوير النفايات من بطاريات الليثيوم أيون بشكل أكثر فعالية.
سيساعد هذا في تقليل طلبنا على تعدين الموارد المعدنية على الأرض, مع الحد أيضًا من الأضرار البيئية المحتملة الناجمة عن المواد الكيميائية التي قد تنطلق من نفايات البطاريات.
أتطلع قدما, وتعتبر الأساليب المبتكرة والمستدامة ضرورية لمواجهة هذا التحدي.
يلتزم الباحثون في جميع أنحاء العالم بتطوير بدائل أكثر صداقة للبيئة واستدامة لبطاريات الليثيوم أيون, وسيساعد التقدم في تكنولوجيا إعادة تدوير البطاريات على تقليل الطلب على استخراج موارد جديدة وتخفيف التأثير على البيئة.
