من النفط إلى المعادن: الاعتماد الجديد لانتقال الطاقة

بالعربي/مع تكاثر الطاقات المتجددة ، تزداد أيضًا الحاجة إلى المعادن. ما هي المخاطر البيئية والاجتماعية لهذه الدعوى؟

للحفاظ على درجات الحرارة العالمية عند مستويات مقبولة ، يحتاج العالم إلى الانتقال في مجال الطاقة من عصر الوقود الأحفوري. لكن التقنيات التي تعزز هذا التغيير ، مثل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح أو السيارات الكهربائية ، تتطلب استخراج كمية كبيرة من المعادن لتصنيعها. فالسيارة الكهربائية ، على سبيل المثال ، تتطلب معادن أكثر بستة أضعاف من السيارة التقليدية ؛ تتطلب محطة طاقة الرياح البرية تسعة أضعاف المعادن من تلك التي تعمل بالغاز.

لذلك مع زيادة استخدام العالم لهذه التقنيات ، سيزداد الطلب على عدد من المعادن. هل ستكون هناك موارد كافية لتلبية احتياجات عصر الطاقة الجديد؟ ما الآثار السلبية الأخرى التي ستحدثها على البيئة وكيف يمكننا التخفيف منها؟ ستحتل هذه الأسئلة مركز الصدارة على المسرح العالمي لسنوات قادمة. في الوقت الحالي ، ما نعرفه هو هذا.

ما هي المعادن الانتقالية ولماذا تستخدم؟

يقع الالتزام بالطاقات المتجددة بشكل أساسي على النحاس والليثيوم والنيكل والمنغنيز والكوبالت والجرافيت والنحاس والزنك والأتربة النادرة ، من بين أمور أخرى. تقع هذه العناصر في قلب السيارات الكهربائية وتوربينات الرياح والطاقة الأخرى ، والتي تعد بالحفاظ على ارتفاع درجات الحرارة العالمية في مكانها.

تستخدم جميع التقنيات المعادن بنسب مختلفة ، لكن بطاريات السيارات الكهربائية هي الأكثر تطلبًا ، وخاصة الليثيوم ، وهو أمر مهم لأداء البطارية وطول العمر وكثافة الطاقة.

من المتوقع أن يزداد الطلب على الليثيوم 40 ضعفًا بحلول عام 2040 ، يليه الجرافيت والكوبالت والنيكل (من المتوقع أن ينمو 20-25 ضعفًا). يتطلب إنشاء شبكات شحن المركبات الكهربائية أيضًا كميات كبيرة من النحاس ، والتي من المقدر أن تتضاعف خلال نفس الفترة. في عام 2021 ، زاد الطلب على النحاس من تشيلي ، أكبر منتج في العالم ، بنحو 80٪ مقارنة بالعام السابق ، وفقًا لما ذكرته بي بي سي موندو. 

فيما يتعلق بتوليد الكهرباء ، فإن طاقة الرياح هي أكثر المعادن تطلبًا ، لا سيما عند تركيب التوربينات في الخارج ، حيث يمكن أن تتطلب ما يصل إلى ثلاثة أضعاف النحاس لنقل الطاقة على طول الكابلات مقارنة بالمحطات البحرية. البرية: في عام 2020 ، الحجم من النحاس المطلوب في جميع أنحاء العالم لتوليد طاقة الرياح البحرية حوالي 8000 كجم لكل ميغاواط من الطاقة المنتجة ، مقارنة بـ 2900 كجم لكل ميغاواط للرياح البرية. يتطلب البناء أيضًا الألومنيوم والزنك والأتربة النادرة. 

أبراج التوربينات الهوائية وأجهزة الإرسال مصنوعة من الفولاذ والزنك والألمنيوم وتمثل حوالي 80٪ من الوزن الإجمالي. تستخدم بعض تصميمات التوربينات مغناطيس دفع مباشر ، والذي يحتوي على معادن الأرض النادرة مثل النيوديميوم والديسبروسيوم. تشير التقديرات إلى أن حوالي 20٪ من جميع توربينات الرياح المركبة تستخدم مغناطيسات أرضية نادرة. كما تحتوي توربينات الرياح على النحاس في المولدات ، وألياف الكربون والزجاج في الشفرات ، بالإضافة إلى الخرسانة المستخدمة في بناء الأبراج.

تتطلب الطاقة الشمسية وحدات تخزين الطاقة ، سواء في شكل بطاريات فردية للاستخدام الخاص أو على نطاق واسع في شبكات الطاقة. وهذا يعني وجود طلب على المعادن في بطاريات الليثيوم والألمنيوم والكوبالت والحديد والرصاص والليثيوم والمنغنيز والنيكل والجرافيت. 

تتكون البطاريات من قطبين كهربائيين ، أو موصلين كهربائيين ، يسمى الكاثود والأنود ، وإلكتروليت يتم من خلاله تبادل الأيونات ، مما يوفر الشحن أو التفريغ. يمكن أن تخدم المعادن المختلفة هذه الأغراض. إن الإمكانات الكهروكيميائية العالية لليثيوم تجعله مكونًا قيمًا لبطاريات الليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن عالية الكثافة.

تستخدم معظم بطاريات الليثيوم أيون الجرافيت باعتباره الأنود ، مما يعني أن الجرافيت سيكون أكثر المعادن المطلوبة لتخزين الطاقة. تختلف الكاثودات أكثر: غالبًا ما تستخدم النيكل ، ولكن هناك أيضًا خلطات مختلفة من الكوبالت والليثيوم والمنغنيز.

التأثير البيئي لاستخراج المعادن

في ظل الوعد بالطاقة النظيفة توجد الآثار السلبية للحصول على المعادن ومعالجتها لانتقال الطاقة. يؤدي استغلال المناجم إلى إحداث أضرار بيئية يصعب تحملها على المدى الطويل. في حالة الليثيوم ، على سبيل المثال ، مقابل كل طن يتم استخراجه ، يلزم ما يصل إلى 2 مليون لتر من المياه ، مما يؤدي إلى استنزاف موارد المياه الجوفية. هذا يؤثر على المجتمعات والنباتات والحيوانات.

في تشيلي ، على سبيل المثال ، في سالار دي أتاكاما ، واحدة من أكثر الصحاري جفافاً في القارة – وأكثر وفرة في الليثيوم – توجد محمية طبيعية لنوعين محليين من طيور النحام ، يعتمد عيشهما على بقاء النظام البيئي سليمًا عمليًا. بسبب استخراج الليثيوم ، انخفض عدد السكان في السنوات الأخيرة.

تتسبب الآثار الاجتماعية لاستغلال المعادن الانتقالية في خسائر فادحة في أمريكا اللاتينية. اقترحت ريبيكا راي وزارا سي أولبرايت وكيهان وانغ ، باحثو التنمية في جامعة بوسطن ، أن بلدان مثلث الليثيوم (الأرجنتين وتشيلي وبوليفيا) تطور قدرة مؤسسية لتوليد إدارة أكثر مسؤولية للمعادن بمشاركة أكبر من المجتمعات المحلية ، من أجل الحد من الآثار السلبية للاستغلال.   

تعتبر الأتربة النادرة (أو المعادن النادرة) جزءًا أساسيًا من عملية الانتقال ، ونحن نتفاعل معها دون أن ندري في راحة أيدينا كل يوم. تستخدم الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والأجهزة الأخرى المزودة بشاشات تعمل باللمس. يتم تقديرها لأنها موصلات جيدة جدًا للكهرباء ولها خصائص مغناطيسية تجعلها مفيدة في صنع بطاريات للسيارات الكهربائية أو شاشات اللمس. 

الأتربة النادرة – النيوديميوم ، والسكانديوم ، والإيتريوم ، على سبيل المثال لا الحصر – معقدة للغاية لاستخراجها ، حيث توجد في بعض المعادن والسبائك: على الرغم من وفرتها ، إلا أنها نادرًا ما توجد في شكلها النقي وتميل إلى الحدوث في درجات منخفضة تركيزات. تشرح إليسا فابيلا ، مهندسة كيميائية من جامعة المكسيك الوطنية المستقلة (UNAM) والمتخصصة في دراسة الكيمياء المعدنية ، أن عملية الاستخراج معقدة وغازية. 

يوضح فابيلا:  ” لفصل المعدن [عن المركبات الأخرى] ، يلزم حدوث تفاعل أيوني وبقايا هذا التفاعل تصبح ملوثة جدًا “.

” لم يعد من الممكن إعادة استخدام المياه المستخدمة ، بسبب جميع النفايات السامة والمشعة المتبقية. […] على الرغم من أن هذه البدائل لا تنتج انبعاثات ، إلا أنها ليست نظيفة كما كنا نظن “، يضيف.

المعادن الأرضية الأخرى غير النادرة الضرورية لانتقال الطاقة لها أيضًا عمليات استخراج ضارة. يُستخرج النحاس ، على سبيل المثال ، عن طريق تفجير المتفجرات في شقوق الأرض في مناجم مكشوفة. ويوضح فابيلا أنه في المتوسط ​​” يُفقد 300 متر مربع من التربة لكل انفجار ” ، وهو أمر يصعب استعادته. تختفي جميع خواص الأرض ، حيث يحتاج الانفجار لتفكيك مكونات التربة لإزالة المعادن.

الصين هي الدولة التي نجمة في استخراج المعادن النادرة. وفقًا لبيانات Statista ، في عام 2021 ، تمثل البلاد 60 ٪ من الإنتاج العالمي للأتربة النادرة. في السنوات الأخيرة ، حدت الصين من إنتاجها وتصديرها إلى أجزاء أخرى من الكوكب ، واستحدثت العناصر الأرضية النادرة في نزاع تجاري مع الولايات المتحدة. يقع أكبر مناجمها في بايون أوبو ، في منغوليا الداخلية ، حيث يوجد ، وفقًا لوكالة ناسا ، ما يقرب من نصف إنتاج العالم من العناصر الأرضية النادرة. 

تشير التقديرات إلى أن الطلب على الأرض النادرة قد ينمو من ثلاث إلى سبع مرات بحلول عام 2040 ، اعتمادًا على التقدم في تكنولوجيا البطاريات والتوربينات الكهربائية.

مشكلة الندرة والتركيز الجغرافي والجودة

بينما يتجه العالم نحو مشهد للطاقة يتطلب المزيد من المعادن ، يُطرح السؤال حول ما إذا كان سيكون هناك موارد كافية لتلبية الطلب العالمي. هناك العديد من العوامل التي ستؤثر على ذلك ، وسوف يعتمد إلى حد كبير على التطورات التي يتم تحقيقها في كيمياء البطاريات. 

للمضي قدمًا ، وفقًا لتقرير وكالة الطاقة الدولية ، من المتوقع أن يكون هناك سيناريو مختلط: من المحتمل أن يكون لبعض المعادن ، مثل الليثيوم الصلب والكوبالت ، فائض قصير الأجل ، في حين أن الليثيوم المعالج وبطارية النيكل والعناصر الأرضية النادرة الرئيسية (على سبيل المثال النيوديميوم والديسبروسيوم) قد تواجه محدودية العرض في السنوات القادمة لأنها لا تستطيع مواكبة الطلب.

المشاكل الأخرى التي يمكن أن تنشأ تتعلق بالتركيز الجغرافي للمعادن. تركز الصين وجمهورية الكونغو على أكثر من 60٪ من إنتاج الكوبالت. لقد وثقت صحيفة نيويورك تايمز على نطاق واسع المعركة الجارية للسيطرة على الموارد في هذه المنطقة. إذا كانت هناك مشاكل في سلسلة التوريد في البلدان المنتجة ، فسيؤثر ذلك بشكل مباشر على أسعار البطاريات وإنتاجها. من ناحية أخرى ، من المهم مراعاة أن مشكلة الإمداد ستؤثر فقط على المنتجات الجديدة مثل السيارات الكهربائية وتوربينات الرياح التي سيتم بناؤها ، حيث لن تتأثر المنتجات الحالية بنقص المعادن. على عكس مركبات الاحتراق ، على سبيل المثال ، يمكن للسيارات الكهربائية التي تعمل بالفعل أن تفعل ذلك طوال عمر البطارية ،   

حلول لتوافر المعادن  

استجابة للسيناريو المستقبلي ، يقول خبراء وكالة الطاقة الدولية أنه من الضروري اتخاذ سلسلة من التدابير لضمان توافر المعادن. من ناحية ، من الضروري زيادة الوعي في البلدان للاستثمار في تطوير المناجم ، ومن ناحية أخرى ، من الضروري تطوير تقنيات أكثر كفاءة باستخدام المعادن الهامة. بدلاً من الاعتماد أو وضع كل الرهان على معادن انتقال الطاقة ، ابحث عن بدائل أقل ضررًا للتربة والمياه ، مثل الكتلة الحيوية. 

تعد إعادة التدوير أيضًا عنصرًا مهمًا يخفف الضغط على الإمداد الأولي. أوضح Harald Gottsche ، الرئيس والمدير التنفيذي لشركة BMW Group Plant San Luis Potosí في المكسيك ، في مقابلة حصرية لـ  Diálogo Chino  كيف تريد الشركة تقليل تأثيرها على سلسلة التوزيع بأكملها.

يوضح جوتشه قائلاً: ” تبدأ الدائرية من تصميم المنتج ، باستخدام المواد الثانوية في سلاسل القيمة لدينا ، وكذلك مع إعادة تدوير سيارات مجموعة BMW في نهاية دورة حياتها “. لهذا السبب ، تتضمن خطط الشركة للمستقبل القريب تقليل استخدام الكوبالت في كاثودات جيلها الحالي من البطاريات إلى أقل من 10٪. 

ويضيف جوتشيه: ” تم تصنيع أحدث جيل من المحركات الكهربائية لدينا بدون استخدام عناصر أرضية نادرة “. تختار الشركات الكبرى الأخرى مثل Samsung و Tesla التحول إلى بطاريات الكوبالت.

في السنوات القادمة ، سيظهر واقع هذا الطلب بقوة أكبر. في أي سيناريو ، تعد الطاقات المتجددة ضرورية للحفاظ على درجات الحرارة في وضع حرج ، وإلا ، وفقًا لتقرير اللجنة الحكومية الدولية لعام 2022 ، ستكون أجزاء من الكوكب غير صالحة للسكن بحلول عام 2050. وبالتالي ، فإن الرهان أيضًا هو زيادة استخدام بدائل الوقود ، مثل الهيدروجين ، أو الكتلة الحيوية ، يشير إلى منظمة الأمم المتحدة التي هي أقل تطلبًا للمعادن. 

المصدر/ ecoportal.netالمترجم/barabic.com