مع التوجه نحو الطاقة النظيفة وزيادة الطلب على السيارات الكهربائية، يحتاج المصنعون إلى البطاريات - وخاصة بطاريات الليثيوم أيون - أكثر من أي وقت مضى.توجد أمثلة على التحول المتسارع إلى المركبات التي تعمل بالبطاريات في كل مكان: أعلنت خدمة البريد في الولايات المتحدة أن ما لا يقل عن 40٪ من مركبات التوصيل من الجيل التالي والمركبات التجارية الأخرى ستكون مركبات كهربائية، وبدأت أمازون في استخدام شاحنات التوصيل ريفيان في أكثر من اثنتي عشرة مدينة. ونفذت شركة Walmart اتفاقية لشراء 4500 شاحنة توصيل كهربائية.ومع كل من هذه التحويلات، يتزايد الضغط على سلسلة توريد البطاريات.ستقدم هذه المقالة نظرة عامة على صناعة بطاريات الليثيوم أيون ومشكلات سلسلة التوريد الحالية التي تؤثر على إنتاج هذه البطاريات ومستقبلها.
I. نظرة عامة على بطارية ليثيوم أيون
تعتمد صناعة بطاريات الليثيوم أيون بشكل كبير على استخراج المواد الخام وإنتاج البطاريات، وكلاهما عرضة للتدخل في سلسلة التوريد.
تتكون بطاريات الليثيوم أيون بشكل أساسي من أربعة مكونات رئيسية: الكاثود، والأنود، والفاصل، والكهارل، كما هو موضح في الشكل 1. وعلى مستوى عالٍ، يتكون الكاثود (المكون الذي ينتج أيونات الليثيوم) من أكسيد الليثيوم.1 يتم تصنيع الأنود (المكون الذي يخزن أيونات الليثيوم) بشكل عام من الجرافيت.المنحل بالكهرباء هو وسيلة تسمح بحرية حركة أيونات الليثيوم التي تتكون من الأملاح والمذيبات والمواد المضافة.وأخيرًا، الفاصل هو الحاجز المطلق بين الكاثود والأنود.
الكاثود هو العنصر الحاسم ذو الصلة بهذه المقالة لأن هذا هو المكان الذي من المرجح أن تنشأ فيه مشكلات سلسلة التوريد.يعتمد تكوين الكاثود بشكل كبير على تطبيق البطارية.2
العناصر المطلوبة للتطبيق
هاتف خليوي
الكاميرات
أجهزة الكمبيوتر المحمولة الكوبالت والليثيوم
أدوات كهربائية
المعدات الطبية المنغنيز والليثيوم
or
النيكل والكوبالت والمنجنيز والليثيوم
or
الفوسفات والليثيوم
نظرًا لانتشار الهواتف المحمولة والكاميرات وأجهزة الكمبيوتر الجديدة واستمرار الطلب عليها، يعد الكوبالت والليثيوم من المواد الخام الأكثر قيمة في إنتاج بطاريات الليثيوم أيون ويواجهان بالفعل انقطاعات في سلسلة التوريد اليوم.
هناك ثلاث مراحل حاسمة في إنتاج بطاريات الليثيوم أيون: (1) التعدين للمواد الخام، (2) تكرير المواد الخام، و (3) إنتاج وتصنيع البطاريات نفسها.في كل مرحلة من هذه المراحل، هناك مشكلات تتعلق بسلسلة التوريد يجب معالجتها أثناء المفاوضات التعاقدية بدلاً من انتظار ظهور المشكلات أثناء عملية الإنتاج.
ثانيا.قضايا سلسلة التوريد في صناعة البطاريات
أ. الإنتاج
تهيمن الصين حاليًا على سلسلة التوريد العالمية لبطاريات الليثيوم أيون، حيث تنتج 79% من جميع بطاريات الليثيوم أيون التي دخلت السوق العالمية في عام 2021.3 كما تسيطر البلاد على 61% من تكرير الليثيوم العالمي لتخزين البطاريات والمركبات الكهربائية و100% من المعالجة. من الجرافيت الطبيعي المستخدم في أنودات البطاريات.5 إن موقع الصين المهيمن في صناعة بطاريات الليثيوم أيون والعناصر الأرضية النادرة المرتبطة بها يسبب قلق الشركات والحكومات على حد سواء.
وسوف يستمر فيروس كورونا (COVID-19)، والحرب في أوكرانيا، والاضطرابات الجيوسياسية الحتمية في التأثير على سلاسل التوريد العالمية.وكما هو الحال في أي صناعة أخرى، تأثر قطاع الطاقة بهذه العوامل وسيظل كذلك.يتعرض الكوبالت والليثيوم والنيكل - وهي مواد مهمة في إنتاج البطاريات - لمخاطر سلسلة التوريد لأن الإنتاج والمعالجة يتركزان جغرافيًا وتهيمن عليهم ولايات قضائية يُزعم أنها تنتهك حقوق العمل وحقوق الإنسان.للحصول على معلومات إضافية، راجع مقالتنا حول إدارة اضطراب سلسلة التوريد في عصر المخاطر الجيوسياسية.
تعد الأرجنتين أيضًا في طليعة التدافع العالمي على الليثيوم حيث يمثل حاليًا 21٪ من احتياطيات العالم مع وجود منجمين فقط قيد التشغيل. وعلى غرار الصين، تتمتع الأرجنتين بقوة كبيرة في تعدين المواد الخام وتخطط لتوسيع طاقتها. تأثيرًا أكبر في سلسلة توريد الليثيوم، حيث يوجد ثلاثة عشر منجمًا مخططًا وربما عشرات أخرى قيد التنفيذ.
وتعمل الدول الأوروبية أيضًا على زيادة إنتاجها، حيث يستعد الاتحاد الأوروبي ليصبح ثاني أكبر منتج لبطاريات الليثيوم أيون في العالم بحلول عام 2025 بنسبة 11% من الطاقة الإنتاجية العالمية.
وعلى الرغم من الجهود الأخيرة،8 فإن الولايات المتحدة ليس لها حضور كبير في مجال تعدين أو تكرير المعادن الأرضية النادرة.ولهذا السبب، تعتمد الولايات المتحدة بشكل كبير على المصادر الأجنبية لإنتاج بطاريات الليثيوم أيون.في يونيو 2021، نشرت وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) مراجعة لسلسلة توريد البطاريات ذات السعة الكبيرة وأوصت بإنشاء قدرات إنتاج ومعالجة محلية للمواد الحيوية لدعم سلسلة توريد البطاريات المحلية بالكامل.9 وحددت وزارة الطاقة أن الطاقة المتعددة تعتمد التقنيات بشكل كبير على مصادر أجنبية غير آمنة وغير مستقرة - مما يستلزم النمو المحلي لصناعة البطاريات. ردًا على ذلك، أصدرت وزارة الطاقة إشعاري نوايا في فبراير 2022 لتوفير 2.91 مليار دولار لتعزيز إنتاج الولايات المتحدة من بطاريات الليثيوم أيون التي تعتبر ضرورية ل تنمية قطاع الطاقة.11 وتعتزم وزارة الطاقة تمويل مصانع تكرير وإنتاج مواد البطاريات، ومرافق إعادة التدوير، وغيرها من مرافق التصنيع.
ستعمل التكنولوجيا الجديدة أيضًا على تغيير مشهد إنتاج بطاريات الليثيوم أيون.تقدم شركة Lilac Solutions، وهي شركة ناشئة مقرها كاليفورنيا، تقنية يمكنها استرداد ما يصل إلى ضعف كمية الليثيوم التي تستعيدها الطرق التقليدية.13 وبالمثل، تعد شركة Princeton NuEnergy شركة ناشئة أخرى طورت طريقة غير مكلفة ومستدامة لصنع بطاريات جديدة من البطاريات القديمة.14 على الرغم من أن هذا النوع من التكنولوجيا الجديدة سيخفف من عنق الزجاجة في سلسلة التوريد، إلا أنه لا يغير حقيقة أن إنتاج بطاريات الليثيوم أيون يعتمد بشكل كبير على توافر المواد الخام المصدر.تبقى خلاصة القول أن إنتاج الليثيوم الحالي في العالم يتركز في شيلي وأستراليا والأرجنتين والصين.15 وكما هو مبين في الشكل 2 أدناه، من المرجح أن يستمر الاعتماد على المواد من مصادر أجنبية خلال السنوات القليلة المقبلة حتى مزيد من التطوير. تكنولوجيا البطاريات التي لا تعتمد على المعادن الأرضية النادرة.
الشكل 2: مصادر إنتاج الليثيوم المستقبلية
ب. السعر
في مقال منفصل، ناقشت لورين لوف من فولي كيف يعكس ارتفاع أسعار الليثيوم زيادة الطلب على البطاريات، مع ارتفاع التكلفة بأكثر من 900٪ منذ عام 2021.16 وتستمر هذه الزيادات في الأسعار مع بقاء التضخم عند أعلى مستوياته على الإطلاق.وقد أدى ارتفاع تكاليف بطاريات الليثيوم أيون، إلى جانب التضخم، إلى زيادة أسعار السيارات الكهربائية بالفعل.للحصول على معلومات إضافية حول تأثير التضخم على سلسلة التوريد، راجع مقالتنا مشاكل التضخم: أربع طرق رئيسية للشركات لمعالجة التضخم في سلسلة التوريد.
سوف يرغب صناع القرار في أن يكونوا على دراية بتأثير التضخم على عقودهم المتعلقة ببطاريات الليثيوم أيون."في أسواق تخزين الطاقة الراسخة، مثل الولايات المتحدة، أدى ارتفاع التكاليف إلى سعي بعض المطورين إلى إعادة التفاوض على أسعار العقود مع المتعهدين.يمكن أن تستغرق عمليات إعادة التفاوض هذه بعض الوقت وتؤخر بدء تشغيل المشروع.تقول هيلين كو، زميلة تخزين الطاقة في شركة الأبحاث BloombergNEF.17
ج. النقل/القابلية للاشتعال
يتم تنظيم بطاريات الليثيوم أيون كمواد خطرة بموجب لوائح المواد الخطرة الصادرة عن وزارة النقل الأمريكية (DOT) من قبل إدارة خطوط أنابيب النقل وسلامة المواد الخطرة التابعة لوزارة النقل الأمريكية (PHMSA).على عكس البطاريات القياسية، تحتوي معظم بطاريات الليثيوم أيون على مواد قابلة للاشتعال ولها كثافة طاقة عالية بشكل لا يصدق.ونتيجة لذلك، يمكن أن ترتفع درجة حرارة بطاريات الليثيوم أيون وتشتعل في ظل ظروف معينة، مثل حدوث ماس كهربائي أو تلف مادي أو تصميم غير مناسب أو تجميع.بمجرد اشتعالها، قد يكون من الصعب إطفاء حرائق خلايا وبطاريات الليثيوم. ونتيجة لذلك، تحتاج الشركات إلى أن تكون على دراية بالمخاطر المحتملة وتقييم الاحتياطات المناسبة عند المشاركة في المعاملات التي تنطوي على بطاريات أيونات الليثيوم.
حتى الآن، لا يوجد بحث قاطع لتحديد ما إذا كانت المركبات الكهربائية أكثر عرضة للحرائق التلقائية مقارنة بالمركبات التقليدية.19 تظهر الأبحاث أن المركبات الكهربائية لديها فرصة 0.03٪ فقط للاشتعال، مقارنة بمحركات الاحتراق التقليدية بفرصة 1.5٪ للاشتعال. .20 المركبات الهجينة - التي تحتوي على بطارية عالية الجهد ومحرك احتراق داخلي - لديها أكبر احتمالية لحريق السيارة بنسبة 3.4%.21
في 16 فبراير 2022، اشتعلت النيران في سفينة شحن تحمل ما يقرب من 4000 مركبة من ألمانيا إلى الولايات المتحدة في المحيط الأطلسي. وبعد أسبوعين تقريبًا، غرقت سفينة الشحن في وسط المحيط الأطلسي.وعلى الرغم من عدم وجود بيان رسمي بشأن تعطل المركبات التقليدية والكهربائية على متنها، إلا أن المركبات التي تعمل ببطاريات الليثيوم أيون كانت ستجعل من الصعب إطفاء الحرائق.
ثالثا.خاتمة
ومع تحرك العالم نحو الطاقة النظيفة، سوف تنمو الأسئلة والقضايا المتعلقة بسلسلة التوريد.يجب الإجابة على هذه الأسئلة في أسرع وقت ممكن قبل تنفيذ أي عقد.إذا شاركت أنت أو شركتك في معاملات تكون فيها بطاريات الليثيوم أيون مكونًا ماديًا، فهناك عقبات كبيرة في سلسلة التوريد يجب معالجتها في وقت مبكر أثناء المفاوضات المتعلقة بمصادر المواد الخام وقضايا التسعير.وفي ضوء التوافر المحدود للمواد الخام والتعقيدات التي ينطوي عليها تطوير مناجم الليثيوم، يجب على الشركات أن تبحث عن سبل بديلة للحصول على الليثيوم والمكونات الحيوية الأخرى.يجب على الشركات التي تعتمد على بطاريات الليثيوم أيون التقييم والاستثمار في التكنولوجيا المجدية اقتصاديًا والتي تزيد من جدوى هذه البطاريات وقابلية إعادة تدويرها لتجنب مشكلات سلسلة التوريد.وبدلاً من ذلك، يمكن للشركات الدخول في اتفاقيات متعددة السنوات للليثيوم.ومع ذلك، ونظرًا للاعتماد الكبير على المعادن الأرضية النادرة لإنتاج بطاريات الليثيوم أيون، يجب على الشركات أن تفكر بشدة في تحديد مصادر المعادن وغيرها من القضايا التي قد تؤثر على التعدين والتكرير، مثل القضايا الجيوسياسية.
وقت النشر: 24 سبتمبر 2022