السيارات الكهربائية: كيف يمكن إعادة استخدام بطارياتها؟

يقوم أصحاب المنازل بتركيب مضخات حرارية بدلاً من غلايات الغاز أو النفط القديمة. ويشتري السائقون بشكل متزايد المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات.

ووفقاً لوكالة الطاقة الدولية (IEA)، فإن ما يقرب من سيارة واحدة من كل خمس سيارات تم بيعها في عام 2023 كانت كهربائية. ومثلت هذه زيادة بنسبة 35 في المئة على أساس سنوي مقارنة بعام 2022، مما رفع عدد المركبات الكهربائية على طرق العالم إلى 40 مليوناً. تكمن المشكلة في هذا في أن الطلب على البطاريات والمواد اللازمة لصنعها آخذ في الارتفاع.

ويقول كريستيان مارستون، الرئيس والمدير التنفيذي للعمليات في شركة ألتيليوم: “أحد التحديات الكبيرة هو أن المعادن تتركز في أماكن معينة”. يأتي أكثر من نصف النيكل في العالم من إندونيسيا، بينما يأتي ثلثا الكوبالت من جمهورية الكونغو الديمقراطية – وكلاهما لديه قضايا حقوق إنسان مستمرة مرتبطة بعمليات التعدين.

ولهذا السبب يوجد الآن سباق لإيجاد طرق أخرى للحصول على تلك المعادن الرئيسية. إعادة تدوير البطاريات هو أحد الخيارات، ولكنه أيضًا صعب للغاية. ومع ذلك، يقول موظفو ألتيليوم إنهم نجحوا في ذلك.

تقبع منشأة ألتيليوم في بلدة تافيستوك الإنجليزية الصغيرة. يتطلب الوصول إلى هناك القيادة عبر مساحة شاسعة تعصف بها الرياح، وأحيانًا أبطئ السيارة بصورة كبيرة لانتظار عبور الأغنام من الطريق. عندما وصلت، وجدت مبنى ألتيليوم في منطقة صناعية عادية مع ورشة إطارات عبر الطريق – لكن ما يحدث في الداخل ليس عاديًا على الإطلاق.

في المختبر، وجدتُ رفوفاً من أسطوانات زجاجية متصلة ببعضها بأنابيب، مليئة بسوائل زاهية الألوان – معظمها أزرق وأخضر زاهٍ – تمتد على طول الغرفة. وعلى مقربة، كان فني يرتدي معطفًا أبيض ونظارات واقية يدرس آلية عمل هذه الأجهزة.

العديد من هذه المعادن سامة للإنسان والحياة البرية، كما أنها تُشكل مخاطر حرائق وانفجارات. هذا هو مختبر استخلاص المذيبات التابع لشركة ألتيليوم، حيث يستخلص الموظفون مكونات البطاريات المطلوبة من الكتلة السوداء التي يعالجونها هنا.

بدأ كل شيء في أواخر عام 2020، لكنه بدأ ببطء. يقول مارستون بأسف: “لقد خسرنا عامين بسبب كوفيد”.

ولكن في منتصف عام 2022، استأجر هو وزملاؤه منشأة تافيستوك – التي كانت آنذاك “مستودعاً كما يقول بن ويكهام، كبير مسؤولي التكنولوجيا. بنى الفريق عدة مختبرات، وبدأوا في تطوير عملية إعادة التدوير الخاصة بهم على نطاق ضيق. بعد ثلاث سنوات، يقومون بتشغيل مصنع أكبر خارج مدينة بليموث القريبة، والذي سيوفر المواد المعاد تدويرها لمصنعي البطاريات.

تُعد الشركة واحدة من عدد قليل من الشركات حول العالم التي تُطور أساليب لإعادة تدوير البطاريات المُستخرجة من السيارات الكهربائية القديمة. تَعِد هذه الشركات بتقريبنا خطوةً واحدةً نحو صفر من صافي انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري، وكذلك نحو اقتصادٍ دائري، حيث لا يُهدر فيه أي شيء تقريبًا.

يقول مارستون: “علينا أن نزيل تلك الخرافة القائلة بأن البطاريات تذهب إلى مكبات النفايات”. فمع ازدياد شعبية السيارات الكهربائية، يصل عدد متزايد منها الآن إلى نهاية عمرها الافتراضي. وهذا يعني أن المزيد من البطاريات المُستهلكة من تلك المركبات القديمة أصبحت متاحة. إن إعادة تدوير البطاريات تمنع المواد باهظة الثمن – والسامة – من دخول البيئة.

توجد بعض الشركات الأخرى التي تعمل على تقنية إعادة تدوير البطاريات في الولايات المتحدة. وقد ساعد قانون خفض التضخم الذي أقرته إدارة الرئيس بايدن في عام 2022، والذي موّل الإجراءات المناخية، في تحفيز هذه الجهود. فعلى سبيل المثال، تمتلك شركة Li-Cycle، وهي شركة تأسست عام 2016 وتستعيد المواد الأساسية من بطاريات أيونات الليثيوم، مصانع في كندا والولايات المتحدة وألمانيا.

بينما تعمل العديد من الشركات على تقنيات إعادة تدوير البطاريات، يجدر النظر في مدى التقدم الذي أحرزته كل منها حتى الآن. يُحسب لشركة ألتيليوم أنها صنعت خلايا بطاريات باستخدام مواد مُعاد تدويرها من بطاريات سيارات كهربائية منتهية الصلاحية.

ولكن هذا لا يزال بعيدًا كل البعد عن خط إنتاج يوفر بطاريات جاهزة للاستخدام الاستهلاكي. يجب على الشركات التي تُطور حاليًا أشكالًا صديقة للبيئة لإعادة تدوير البطاريات أن تُثبت قدرتها على منافسة الأساليب الأكثر تلويثاُ للبيئة ولكنها راسخة، مثل المعالجة الحرارية للمعدن. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تتم معالجة الكتلة السوداء من البطاريات القديمة والمُمزقة في آسيا اليوم، ويرجع ذلك جزئيًا إلى انخفاض التكاليف هناك.

تأسست شركة ريدوود ماتيريالزRedwood Materials، وهي شركة أمريكية لها فروع في نورث نيفادا وسلوث كارولينا، في عام 2017 على يد أحد مؤسسي شركة السيارات الكهربائية تسلا، ولديها شراكات مع شركات صناعة السيارات تويوتا وفولكس فاغن وبي إم دابليو. كما بدأت بعض شركات المواد القديمة في إجراء التجارب، ولا سيما شركة إيكوبات سولوشنز Ecobat Solutions التي تتخذ من تكساس مقراً لها. وتستثمر العديد من الشركات الأخرى الآن أيضًا في تقنية إعادة تدوير البطاريات.

وعلى الرغم من الاهتمام، إلا أنه لا يزال هناك الكثير من التقدم الذي يتعين إحرازه في هذا المجال. يقول شياوتشو وي، باحث إعادة تدوير البطاريات في إمبريال كوليدج لندن بالمملكة المتحدة: “لا يزال سوق إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون الحالي في مرحلة صناعية مبكرة للغاية”.

في العام الماضي، أوقفت شركة المواد الكيميائية الألمانية BASF العمل في مصنع لإعادة تدوير البطاريات في إسبانيا، على الرغم من أن الشركة تقول إنها لا تزال تنوي بناء المنشأة.

يتمثل جزء من التحدي في هذا المجال في مدى تعقيد البطاريات في البداية، مما يجعل إعادة تدويرها أمرًا صعبًا.

تحتوي كل بطارية على مكونين رئيسيين: الكاثود والأنود. عند توفير الطاقة لمحرك، على سبيل المثال، يطلق الأنود إلكترونات سالبة الشحنة، والتي تتدفق حول الدائرة حتى تعود إلى البطارية ويمتصها الكاثود. تتدفق الإلكترونات في الاتجاه المعاكس عند شحن البطارية.

في بطارية السيارة الكهربائية، يكون الكاثود والأنود كلاهما صفائح رقيقة من المواد. يتم لف الإثنين حول بعضهما البعض في شكل حلزوني، في طبقات رقيقة للغاية. في العديد من تصميمات البطاريات، يُصنع الأنود من الغرافيت، وهو نفس نوع الكربون المستخدم في أقلام الرصاص. في الوقت نفسه، غالبًا ما يحتوي الكاثود على مجموعة متنوعة من المعادن، بما في ذلك النيكل والليثيوم والكوبالت.

على الرغم من صعوبة إعادة تدوير هذه الهياكل، إلا أن الفرصة تكمن في العدد الكبير من المواد القيمة المتاحة، والتي يمكن بيعها جميعًا بشكل مربح إذا تم استخراجها وتنقيتها. ومما يثير الإحباط، أن هذه المواد متداخلة بشكل وثيق إلى حد ما، والعديد منها خطير: العديد من المعادن سامة للناس والحياة البرية، كما أنها تشكل مخاطر نشوب حرائق وانفجارات.

تستعيد عملية تقطيع البطاريات الخاصة بشركة ألتيليوم الغرافيت، الموجود أصلاً من الأنود، إلى جانب معادن أخرى. كانت عملية استعادة الغرافيت من البطارية تتطلب في السابق عملية عالية الحرارة تُسمى المعالجة الحرارية للغرافيت، إلا أن هذه العملية تُنتج انبعاثات كبيرة، وهذا أحد أسباب اعتماد شركة ألتيليوم نظاماً قائماً على الماء يُسمى المعالجة الحرارية للغرافيت. ينقع فريق العمل الكتلة السوداء في حمض الكبريتيك، مما يسمح لهم بتصفية الغرافيت. ويمكن بيع هذه الكتلة إلى مُصنّعي البطاريات بعد إجراء بعض المعالجة الإضافية.

ما تبقى هو سائل حمضي مذاب فيه مجموعة متنوعة من المعادن. بعضها، مثل الألومنيوم والنحاس والحديد، ليس ذا قيمة كبيرة. بتعديل درجة الحموضة، يمكن للفريق إجبارها على الترسيب على شكل مسحوق رمادي. يقول ويكهام إنه يمكن بيع هذا المسحوق كمادة مالئة لمواد البناء.

الآن، أصبح الفريق قادراً على استخراج النيكل والكوبالت والمنغنيز القيّمة. يستخلص الفريق هذه المعادن واحدًا تلو الآخر، بخلط السائل بالكيروسين ومواد كيميائية خاصة تسحب المعادن من المحلول. هذه هي الخطوة التي رأيتها مع الأنابيب الزجاجية المليئة بالسوائل الملونة.

يوضح ويكهام أن شركة ألتيليوم تتبع هذا النهج لأن الشركات المصنعة تُغير باستمرار التركيب الكيميائي للبطاريات. يقول: “كيمياء البطاريات تتطور بسرعة”. ويقول ويكهام إن شركات البطاريات ستعتمد بشكل متزايد على النيكل، مقارنةً بالمعادن الأخرى، لأنه يخزن طاقة أكبر لكل حجم معين. (وعلى الرغم من ذلك، تتجه بعض تصميمات البطاريات الناشئة نحو التخلي عن النيكل نظراً لارتفاع سعره).

وعن طريق فصل المعادن، تهدف شركة ألتليوم إلى تزويد مصنعي البطاريات بالمزيج الدقيق الذي يريدونه لكاثوداتهم الجديدة. ويقول مارستون إن الهدف هو إنشاء “سلسلة توريد بطاريات السيارات الكهربائية ذات الحلقة المغلقة” في المملكة المتحدة.

وتقول آنا هانكين، المحاضرة البارزة في الهندسة الكيميائية في كلية إمبريال كوليدج لندن بالمملكة المتحدة، والتي تعمل على مشروع ممول من ألتيليوم مع Wei وي، إن الطرق التي تُختزل البطاريات القديمة إلى موادها الخام ستكون ضرورية للاقتصادات المستدامة. وبينما من الممكن تجديد البطاريات المستعملة عن طريق استبدال المواد الكيميائية المفقودة من المكونات الفردية، “فإن هذه العملية ستتوقف في مرحلة ما”، كما تقول. “ستأتي نقطة في كل بطارية تحتاج فيها مكوناتها إلى التقطيع”.

إلى جانب تسهيل الانتقال إلى صفر من الانبعاثات، يرى مارستون أن إعادة تدوير بطاريات السيارات الكهربائية ستقربنا خطوة من الاقتصاد الدائري، حيث سيتم إعادة استخدام المواد الخام وتدويرها إلى ما لا نهاية قدر الإمكان. وهذا من شأنه أن يقلل من الحاجة إلى الصناعات الاستخراجية مثل التعدين، والتي غالبًا ما تضر بالنظم البيئية وتشكل مخاطر على صحة الإنسان.

في حالة بطاريات السيارات الكهربائية، بدلاً من استخراج المزيد من الليثيوم والنيكل والمعادن الأخرى من الأرض، يمكننا الاستمرار في إعادة استخدام الإمدادات المتوفرة لدينا بالفعل. وقد قدر الباحثون أنه بحلول عام 2040، يمكن توفير أكثر من نصف الطلب على الليثيوم والنيكل لهذه البطاريات عن طريق إعادة التدوير.

وتقول وي إنه في السنوات الخمس إلى العشر المقبلة، يمكن أن توفر إعادة التدوير “حصة جيدة” من المواد الخام اللازمة لصنع بطاريات السيارات الكهربائية – ما بين 10 في المئة و40 في المئة، حسب تقديرها. وتضيف أنه سيكون من المفيد أن يعيد مصنعو البطاريات تصميم بطارياتهم لتسهيل فصل المكونات الرئيسية على مرافق إعادة التدوير.

إذا انطلقت إعادة التدوير، فقد تكون الفوائد كبيرة. وفقًا لتقرير وكالة الطاقة الدولية لعام 2024، فإن زيادة إعادة تدوير المعادن الأساسية يمكن أن تقلل من الحاجة إلى التعدين الجديد بنسبة تصل إلى 40 في المئة بحلول منتصف القرن. وتشير وكالة الطاقة الدولية إلى أن العديد من الحكومات تضع سياسات لتشجيع إعادة التدوير. على سبيل المثال، في عام 2023، قدم الاتحاد الأوروبي لائحة جديدة للبطاريات، والتي ستقدم متطلبات أكثر صرامة على “كفاءة إعادة التدوير واستعادة المواد والمحتوى المعاد تدويره”، بدءًا من عام 2025.

لا يتعلق الأمر فقط بكونها صديقة للبيئة: فهناك أيضًا دوافع جيوسياسية. في السنوات العشرين الماضية، تزعزع استقرار النظام الدولي للسلع بشكل كبير، مع صدمات مثل خروج بريطانيا من الاتحاد الأوروبي وسياسات الرئيس الأمريكي دونالد ترامب التي أثرت على التجارة العالمية والتعاون الدولي. ويقول مارستون إن البلدان التي تعتمد بشكل مفرط على استيراد الإمدادات الأساسية تواجه مخاطر كبيرة في هذا العالم الجديد.

ستزداد أهمية المعادن المستخدمة في بطاريات السيارات الكهربائية بالنسبة للدول لمواصلة عملها. ويقول مارستون: “ستكون الاقتصادات المستقبلية هي التي تتحكم في المعادن الأساسية”. وهذا يعني أن دولًا مثل المملكة المتحدة تواجه مشكلة. المملكة المتحدة لا تمتلك هذه المعادن بصورة كبيرة.

يرى مارستون أن إعادة تدوير بطاريات السيارات الكهربائية تضمن أمن الطاقة. ويقول: “نعتبر البطاريات الموجودة في هذا البلد مورداً استراتيجيًا في المملكة المتحدة”. فبدلا من إرسالها إلى الخارج لإعادة تدويرها، ربما في بلد ذي قوانين بيئية وعمالية ضعيفة، يريد إعادة تدويرها محليا. وأضاف: “إذا أجريت المعالجة في المملكة المتحدة، فأنت تضيف قيمة إلى المملكة المتحدة”.

يتمثل التحدي الذي تواجهه جميع هذه الشركات في توسيع نطاق أعمالها. تُشغل شركة ألتيليوم حاليًا مصنعها الجديد الأكبر حجما، والذي من المفترض أن يكون قادراً على العمل بشكل مستمر. وإذا أثبت ذلك نجاحه، فإن الشركة لديها خطط لإنشاء منشأتين أكبر حجمًا بشكل تدريجي.

يقول مارستون: “إذا قمنا بإعادة تدوير البطاريات على نطاق واسع، فنحن على ثقة من قدرتنا على إنتاج مادة أقل تكلفة بنحو 20 في المئة من المواد التجارية. وهذا يعني إنتاج 150 ألف بطارية سيارات كهربائية سنويا”.