پارادوکس خودروهای “پاک” و تجارت معدن لیتیوم “آلاینده”
آیا خودروهای الکتریکی واقعاً “پاک” هستند؟ بیایید نگاهی به این پارادوکس واقعی بیندازیم.
وسایل نقلیه الکتریکی معمولاً به عنوان نوعی راه‌کار برای مقابله با مسئله تغییرات آب و هوایی مورد ستایش قرار می‌گیرند. با وجود موتورهای احتراقی “کثیف” و آلوده کننده، این نوع حمل و نقل کاملاً الکتریکی تنها بلیط برای آینده‌ای سبزتر و پایدارتر است.
اما این واقعا درست است؟ برای پاسخ به این ، بیایید نگاهی دقیق به اعتبار “اعتبارنامه سبز” خودروهای الکتریکی بیندازیم.
تأثیرات زیست محیطی خودروهای الکتریکی چیست؟
برخی از مزایای زیست محیطی روی کاغذ بسیار واقعی به نظر می‌رسند، در واقع چیزی به عنوان “ناهار رایگان” وجود ندارد. بالاخره ممکن است آنها “پاک” نباشند.
طی چند دهه گذشته رشد چشمگیری در تقاضای لیتیوم، یک فلز قلیایی، مشاهده شده است.
این امر تا حدی نتیجه رشد تقاضا برای وسایل نقلیه الکتریکی است. اما همچنین این واقعیت است که از لیتیوم در باتری بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی مانند تلفن‌های هوشمند و لپ‌تاپ‌ها نیز استفاده می‌شود. لیتیوم همچنین یک منبع اولیه مهم برای تولید شیشه و سرامیک است. البته استفاده از آن با گذشت زمان سرعت بیشتری گرفته است. طبق برخی منابع، بین سال‌های ۲۰۰۸ و ۲۰۱۸، تولید سالانه لیتیوم از ۲۵۴۰۰ به ۸۵۰۰۰ تن رسیده است.
تولید باتری لیتیوم‌یون به کنار، سایر تأثیرات زیست‌محیطی شامل انواع موتورهای مورد استفاده در خودروهای برقی است. بسته به مدل، این خودروها دارای آهن‌ربای دائمی یا موتورهای القایی هستند.
خودروهای الکتریکی، مانند هر محصول دیگری، برای تولید به مواد اولیه احتیاج دارند و برخی از این مواد همراه با هزینه‌های بالقوه جدی زیست‌محیطی هستند.
یکی از جدی‌ترین آنها لیتیوم است. با تشکیل کاتد اکثر باتری‌های یون‌لیتیوم ، برخی از راه‌های تهیه لیتیوم خیلی مطابق با استانداردهای زیست محیطی نیستند.
نمونه‌های اول معمولاً از فلزات خاکی کمیاب ساخته شده‌اند که به فرآیندهای پالایش و استخراج با انرژی زیاد احتیاج دارند. استخراج این مواد همچنین می‌تواند منجر به انتشار محصولات جانبی سمی شود که در کشورهایی که استانداردهای زیست‌محیطی خیلی در آنها رعایت نمی‌شود، می‌تواند برای محیط‌زیست مخرب باشد.
یکی دیگر از تأثیرات زیست‌محیطی خودروهای الکتریکی روشی است که در آن برق مورد استفاده برای شارژ باتری آنها تأمین می‌شود. برای بسیاری از کشورها، هنوز هم بخش قابل توجهی از این انرژی، از نیروگاه‌های سوخت فسیلی تامین می‌شود.
به غیر از انتشار دی اکسیدکربن، احتراق سوخت‌های مبتنی بر کربن، گازهای مضر دیگری از جمله گوگرد و اکسیدهای نیتروژن و همچنین ذرات معلق را آزاد می‌کند. این می‌تواند به اثرات ثانویه محیط‌زیستی مانند باران اسیدی منجر شود و اگر ذرات معلق به آستانه خاصی برسد می‌تواند باعث مشکلات تنفسی شود.
وسایل نقلیه الکتریکی نیز مانند وسایل نقلیه موتور احتراقی ذرات معلق را از سیستم ترمز خود خارج می‌کنند. این به اصطلاح “انتشار ذرات غیر اگزوز” همچنین می‌تواند به منجر به بروز بیماری‌های تنفسی در مناطق شهری شود.
این اثرات می‌تواند قابل توجه باشد. طبق برخی از آمارها، این شکل از ذرات معلق ممکن است مسئول هزاران مرگ زودرس فقط در انگلیس باشد. توجه به این نکته مهم است که این نوع آمار به ندرت بین منبع ذرات معلق تمایز قائل می‌شوند و منابع مختلفی از جمله خودروهای الکتریکی و وسایل نقلیه موتور احتراق را شامل می‌شوند.
همچنین این نکته قابل توجه است که آزبست در بسیاری از وسایل نقلیه به عنوان لنت ترمز استفاده می‌شد، اما مدتی‌ست که در بسیاری از کشورهای جهان ممنوع شده است ولی معمولا تولیدکننده‌ها همین قانون را هم دور می‌زنند.
خودروهای الکتریکی هنوز هم برای کار ایمن به سیستم‌های ترمز اصطکاکی نیاز دارند. از سیستم.های ترمز احیا کننده می‌توان برای کاهش مسئله تولید ذرات معلق در هنگام ترمز استفاده کرد. اما در نهایت برای متوقف کردن هر وسیله نقلیه‌ای، نوعی ترمز مبتنی بر اصطکاک ضروری است.
با افزایش محبوبیت خودروهای الکتریکی به مرور زمان، انگیزه تولید آنها در مسئولان افزایش می‌یابد، با گذشت زمان هزینه‌های آنها کاهش می‌یابد و افراد بیشتری به استفاده از آنها ترغیب می‌شوند.
همانطور که پیش‌بینی می‌شود، نتیجه این است که تعداد بیشتری از آنها را در جاده‌های خود خواهیم دید. اگرچه از آنجایی که آنها بطور کلی ذرات معلق کمتری را آزاد می‌کنند، این ممکن است یک مزیت باشد. همچنین با پیشرفت‌هایی که در سیستم‌های ترمز بدون اصطکاک (مانند سیستم‌های ترمز جریان گردابی) ایجاد می‌شود، می‌توان برای تمام انواع وسایل نقلیه مسئله ذرات معلق را کاهش داد.
مزایای باتری‌های لیتیوم یون در خودروهای الکتریکی چیست؟
باتری‌های لیتیوم‌یون ، یکی از معمول‌ترین منابع انرژی پایدار در جهان امروز است. می‌توانید آنها را در تلفن‌های همراه، لپ‌تاپ‌ها، ابزارهای الکتریکی و البته وسایل نقلیه برقی پیدا کنید. دلایل این امر متفاوت است اما، به طور خلاصه، این فناوری قابل اعتماد است، به تعمیر و نگهداری کم نیاز دارد، مدت زمان نسبتاً طولانی ماندگار است، می‌تواند به سرعت شارژ شود و معمولاً ایمن است و نهایتا استفاده از آن آسان است. این باتری‌ها تقریبا همه ویژگی‌های عالی را به عنوان منابع انرژی قابل حمل دارند.
اما یکی از اصلی‌ترین ویژگی‌های برجسته این فناوری توانایی شارژ مجدد باتری‌ها در صورت لزوم است. در واقع، اکثر باتری‌های لیتیوم‌یون قبل از انقضا می‌توانند صدها بار شارژ، دشارژ و شارژ شوند. در مقایسه با سایر انواع باتری‌های متداول، باتری‌های لیتیوم‌یون همچنین دارای چگالی انرژی بالاتر، ظرفیت ولتاژ و میزان تخلیه پایین نیز هستند.
این باعث می‌شود آنها راهی عالی برای ذخیره و انتقال انرژی به طور کارآمد و آسان باشند. اجازه دهید برخی از مزایای اصلی این فناوری را شرح دهیم:
باتری‌های لیتیوم یون به تعمیر و نگهداری کمتری احتیاج دارند: با توجه به تعمیر و نگهداری، باتری‌های لیتیوم‌یون، برخلاف باتری‌های اسید سرب، نیازی به پر کردن مخزن آب ندارند، زیرا برای انجام تعمیر و نگهداری روی آنها به نظارت کمتر و افراد ماهر نیاز دارد.
دوام زیادی دارند: باتری‌های لیتیوم‌یون، همانطور که قبلاً گفته شد، نسبتاً طولانی دوام می‌آورند. به طور متوسط می‌توان انتظار داشت که یک باتری لیتیوم‌یون به مدت هشت سال یا بیشتر قابل استفاده باشد (بسته به نوع استفاده).
باتری‌های لیتیوم‌یون قابل شارژ هستند: چه برای لوازم خانگی یا ماشین‌های صنعتی استفاده شوند، توانایی شارژ مجدد آنها بسیار مناسب است و عمل شارژ نیز نسبتاً سریع و سریعتر است (همانطور که با پیشرفت شارژ سریع در خودروهای الکترونیکی مشاهده کردیم). آنها به طور کلی بی‌خطر هستند: از آنجا که باتری‌های لیتیوم‌یونی به مواد شیمیایی بسیار سمی موجود در باتری‌های معمولی، مانند اجزای اسیدی موجود در باتری‌های اسید سرب، احتیاج ندارند، استفاده و دفع آنها نسبتاً ایمن‌تر است.
باتری‌های لیتیوم‌یون نسبتاً سازگار با محیط‌زیست هستند: باتری‌های لیتیوم‌یونی در مقایسه با باتری‌های اسید سرب و گزینه‌های سوخت فسیلی، برای محیط‌زیست بسیار بهتر هستند. لیتیوم مانند سرب فلز سنگین سمی نیست و جایگزینی مستقیم وسایل نقلیه موتور احتراق داخلی با استفاده از باتری‌های لیتیوم‌یونی به عنوان منبع تغذیه به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کند. با این حال، باتری‌های لیتیوم‌یون از برخی جهات، مشکلات زیست‌محیطی را نیز همراه دارند.
اثرات زیست‌محیطی تولید و از رده خارج کردن باتری چیست؟
احتمالاً مهم‌ترین تأثیر زیست‌محیطی خودروهای الکتریکی، نحوه تأمین لیتیوم باتری‌هایشان است.
این باتری‌ها متشکل از کبالت لیتیوم برای کاتد و گرافیت برای آند هستند. الکترولیت یک باتری لیتیوم یونی در خودروهای الکتریکی نیز از نمک لیتیوم ساخته شده است.
بیش از نیمی از این لیتیوم از به اصطلاح لیتیوم – مثلث است که از معادنی در آرژانتین، بولیوی و شیلی استخراج می‌شود. برای استخراج آن، معدنچیان منافذ نمکی را سوراخ کرده و نمک شور و غنی از مواد معدنی را به سطح آب پمپ می‌کنند و آن را در دریاچه‌های بزرگ مصنوعی یا استخرها تبخیر می‌کنند.
در این فرآیند برای هر تن لیتیوم تولید شده مقدار زیادی آب، بیش از ۵۰۰۰۰۰ گالن (نزدیک به ۲ میلیون لیتر) مصرف می‌شود. چنین مصرف عظیمی از آب نه تنها بر اکوسیستم‌های اطراف تأثیر می‌گذارد بلکه به دلایل مشخص تأثیر بسزایی نیز بر کشاورزان محلی دارد.
و این تنها مشکل نیست، بلکه این استخرهای بزرگ تبخیر اغلب آب‌بندی درستی ندارند. این می‌تواند منجر به شسته شدن مواد سمی به منابع آب اطراف شود. همانطور که در تبت چند سال پیش اتفاق افتاد، انتشار تصادفی موادی مانند اسید کلریدریک مقدار زیادی از آبزیان مانند ماهی را از بین برد.
اما مشکل باتری‌های خودروهای الکتریکی فقط مربوط به لیتیوم نیست. برخی از اجزای اصلی دیگر نیز وجود دارند که به همان اندازه که لیتیوم، اگر نه بیشتر ، برای محیط‌زیست مضر هستند.
مورد اول در کانسارهای بزرگ در سراسر جمهوری دموکراتیک کنگو و آفریقای مرکزی یافت می‌شود. و این یکی از مشکلات اصلی است – موقعیت جغرافیایی آن.
استخراج کبالت نسبتاً آسان است که انگیزه زیادی برای استخراج و فروش آن ایجاد شده است. با این حال این کار اغلب ناامن و بدون درنظر گرفتن مسائل زیست‌محیطی در شرکت‌هایی موسوم به “معادن صنایع دستی” انجام می‌شود. این معادن غیررسمی غالباً شامل کار کودکان است که مواد خام را با دست و با تجهیزات کم استخراج می‌کنند.
استخراج کبالت مقدار زیادی ذرات معلق در هوا تولید می‌کند که غالباً حاوی آلاینده‌های سمی مانند اورانیوم است. استنشاق این مواد با مشکلات جدی سلامت، از جمله بیماری‌های تنفسی و نقایص مادرزادی مرتبط است.
سایت‌های استخراج کبالت نیز غالباً شامل مواد حاوی گوگرد هستند که می‌توانند هنگام قرار گرفتن در معرض هوا و آب، اسید سولفوریک تولید کنند. وقتی این اسید از معادن تخلیه می‌شود می‌تواند رودخانه‌ها، جویبارها و سایر محیط‌های آبی و خاکی را در طولانی مدت تخریب کند.
هنگام بررسی تأثیرات زیست‌محیطی باتری‌ها، محل تولید آنها برای خودروهای الکتریکی نیز یک عامل مهم است. طبق گفته‌های فوربس، باتری‌های تولید شده در چین ۶۰ درصد دی‌اکسیدکربن بیشتر از موتورهای احتراق داخلی در منطقه تولید می‌کنند.
اگر چین متقاعد شود كه استانداردهای غربی را برای تولید بکار گیرد، این میزان آلایندگی می‌تواند به میزان قابل توجهی كاهش یابد. این گزارش همچنین نشان می‌دهد که این کارخانه‌ها در صورت استفاده از تکنیک‌های تولیدی مورد استفاده در تکنیک‌های ساخت آمریکا یا اروپا، می‌توانند میزان تولید گازهای گلخانه‌ای خود را تا ۶۶ درصد کاهش دهند.
وزن باتری خودروهای الکتریکی
باتری‌های خودروهای الکتریکی بسیار سنگین هستند. این می‌تواند منجر به سایر تأثیرات زیست‌محیطی شود که اغلب نادیده گرفته می‌شود، که مانند نیاز به تلاش برای کاهش وزن در سایر قسمت‌های خودرو باید روی این مورد هم کار شود.
اگر قرار باشد از مواد سبک‌تر مانند پلیمرهای مبتنی بر فیبرکربن استفاده شود، هزینه تولید بالا رفته و بازیافت آنها دشوار است.
تولید برق مصرفی برای شارژ باتری خودروهای الکتریکی
مسئله دیگر در خودروهای الکتریکی، نحوه تولید برق مورد استفاده برای شارژ باتری است. در حالی که جهش‌هایی در افزودن فناوری‌های تجدیدپذیر به ترکیب انرژی بسیاری از کشورها انجام شده است، بسیاری از آنها هنوز به شدت به نیروگاه‌های مبتنی بر کربن متکی هستند.
این مساله هم کم اهمیت نیست. طبق برخی منابع، خودروهای الکتریکی بطور متوسط هر ساله حدود ۴۴۵۰ پوند (۲۰۱۸ کیلوگرم) دی‌اکسیدکربن منتشر می‌کنند. در حالی که خودروهای معمولی بنزینی حداقل دو برابر انتشار می‌دهند. با این حال، توجه به این نکته مهم است که این مسئله در سراسر جهان متفاوت است.
باتری‌های از رده خارج شده، معضل بعدی
تولید باتری تنها نیمی از داستان است. نحوه دفع باتری‌ها در پایان عمر خود نیز می‌تواند به طور بالقوه به محیط‌زیست آسیب برساند.
در حال حاضر، تعدا کشورهایی که به طور منظم سعی در بازیافت باتری‌های لیتیوم‌یون داشته باشند، زیاد نیست. این باعث می‌شود که تعداد زیادی باتری مصرف شده روزهای خود را در محل‌های دفن زباله به پایان برسانند.
این مساله خود باعث به هدر رفتن منابع می‌شود چرا که بسیاری از اجزای اصلی مانند لیتیوم می‌توانند بازیافت و دوباره استفاده شوند. در حالی که می‌توان از طریق بازیافت بهره‌وری را بالا برد، بیشتر تحقیقات فعلی بر بهبود دوام، کارایی و کاهش هزینه تولید متمرکز بوده است.
روش‌های فعلی شامل ذوب (ذوب و استخراج در دمای بالا) باتری‌های قدیمی در فرآیندی کاملاً مشابه با صنعت معدن است. این یک فرآیند بسیار پر مصرف است (هزینه مخفی دی اکسید کربن تولید گازهای گلخانه‌ای در هنگام ساخت). بهبود روش‌های بازیافت این باتری‌های قدیمی می‌تواند بسیار سودآور باشد. همچنین ممکن است با گذشت زمان از نظر استراتژیکی از اهمیت بیشتری برخوردار شود.
لیتیوم از کجا آمده است؟
لیتیوم ، یکی از اجزای اصلی باتری‌های لیتیوم‌یون، از دو منبع عمده حاصل می‌شود: رسوبات شور و سنگ‌های سخت. مورد اول به طور کلی در دریاچه‌های نمک یافت می شود و با تبخیر آب و نمک‌های غلیظ لیتیوم استخراج می‌شود.
تبخیر آب نمک ساده‌ترین و متداول‌ترین شکل استخراج لیتیوم است، اما در این روش کمترین درجه خلوص بدست می‌آید. در حال حاضر ، بیش از نیمی از منابع لیتیوم جهان در معادن نمک مناطق آند در آرژانتین، بولیوی و شیلی قرار دارد.
استخراج با پمپاژ مقادیر زیادی آب زیرزمینی آب نمک از چاه‌های حفاری انجام می‌شود تا در استخرها یا استخرهای آب شور تبخیر شود. در اینجا آب نمک یا تابه‌های نمکی نیز نامیده می‌شود. آب نمک غنی از لیتیوم باقی می‌ماند تا در آفتاب تبخیر شود.
بسته به نوع ترکیب آبهای زیرزمینی، حاصل این فرایند مخلوط غلیظی از نمک‌های منگنز، پتاسیم، بوراکس و لیتیوم است. سپس این نمک فیلتر می‌شود و در استخر تبخیر دیگری قرار می‌گیرد تا زمانی که می‌توان مقدار قابل قبول تجاری از نمک کربنات لیتیوم را استخراج کرد.
این استخرها یا برکه‌ها می‌توانند به پناهگاه برخی از انواع حیات وحش از جمله جلبک‌ها و برخی پرندگان در معرض خطر تبدیل شوند. به عنوان یک قانون کلی، برای تولید یک تن لیتیوم حدود ۲ میلیون لیتر آب لازم است.
از طرف دیگر ، رسوبات سنگ سخت تمایل به تولید بهترین بازده لیتیوم دارند. بنابراین ، چگونه لیتیوم استخراج می‌شود؟
استخراج سخت لیتیوم به سرمایه‌گذاری به طور قابل توجهی بالاتر و همچنین نقشه‌برداری و اکتشاف زمین‌شناسی گسترده برای یافتن ذخایر مناسب نیاز دارد. پس از یافتن، از تجهیزات حفاری برای استخراج سنگ معدن لیتیوم استفاده می‌شود که لیتیوم با کیفیت بیشتری را به قیمت افزایش بار سرمایه‌گذاری فراهم می‌کند.
آیا می‌توان باتری‌های لیتیوم‌یون را بازیافت کرد؟
همانطور که قبلاً اشاره کردیم ، باتری‌های لیتیوم‌یون مطمئناً قابل بازیافت هستند. با این حال روش‌های فعلی بازیافت باتری لیتیوم‌یون ، و پروژه‌هایی که در حال انجام هستند هنوز در مراحل ابتدایی هستند.
به عنوان مثال، در استرالیا، در حال حاضر فقط حدود ۲ الی ۳ درصد از باتری‌های مصرف شده جمع‌آوری شده و برای بازیافت به خارج از کشور ارسال می‌شود. نرخ اروپا و ایالات متحده خیلی بهتر نیست ، در حدود ۵ درصد.
لیندا جنس از آزمایشگاه ملی آرگون در مصاحبه‌ای اظهار کرد: “دلایل زیادی وجود دارد که چرا بازیافت باتری لیتیوم یون هنوز به یک روتین تبدیل نشده است.” دلایل آن مواردی مانند محدودیت‌های فنی، موانع اقتصادی، مسائل لجستیکی است.
در حال حاضر بیشتر تأمین‌کنندگان و مشتریان آنها در حال تمرکز بر روی بهبود عمر باتری، کارایی و کاهش هزینه‌های خود هستند تا اینکه در اواخر عمر خود به طور جدی به بازیافت آن بپردازند.
متداول‌ترین روش بازیافت باتری‌ها ذوب کردن باتری‌های مصرف شده در دمای بالا برای بازیابی فلزات گرانبها درون آنها است. این کار انرژی زیادی را می‌گیرد و در واقع گرانتر از استخراج و تصفیه مواد جدید از منابع خام است.
تحقیقات در حال انجام است ، اما بیشتر تلاش‌ها هنوز پروژه‌های کوچک است که توسط گروه‌های تحقیقاتی مستقل یا استارتاپ‌ها انجام شده است. با این حال برخی از ابتکارات دولت نیز برای تلاش برای جلوگیری از روند رو به رشد باتری‌های استفاده شده آغاز شده است.
به عنوان مثال ، در ژانویه سال ۲۰۱۹ ، وزارت انرژی ایالات متحده اولین مرکز تحقیق و توسعه بازیافت باتری لیتیوم‌یون این کشور را راه اندازی کرد. این ایده کمک به سودآوری بازیافت باتری است و به ایالات‌متحده اجازه می دهد مانند کبالت در منابع باتری که فاقد آن است، خودکفا شود.
