تتميز منشأة أبحاث البطاريات المترامية الأطراف التابعة لشركة نورثفولت بأنها عبارة عن مبنى مكعب حديث من الخشب والفولاذ بين بساتين أشجار البتولا وأشجار التنوب الطويلة في شرق السويد.
تشكل مختبرات الشركة السويدية أكبر حرم جامعي لأبحاث البطاريات في أوروبا. وهنا، في منطقة صناعية سابقة على مشارف مدينة فاستيراس، على بعد حوالي 100 كيلومتر شمال غرب العاصمة ستوكهولم، يمكن لواحدة من أفضل شركات التكنولوجيا المناخية الممولة في القارة أن تكتب مستقبل البطاريات.
في نوفمبر 2023، أعلنت شركة نورثفولت – الشركة الوحيدة المصنعة لبطاريات السيارات الكهربائية في أوروبا – عن تحقيق تقدم كبير في تطوير البطاريات.
أول بطارية لتخزين الطاقة
وقد نجحت الشركة في تصنيع أول بطارية لتخزين الطاقة من نوعها من خلال استبدال المعادن الأساسية المستخدمة على نطاق واسع – مثل الليثيوم والكوبالت والنيكل والجرافيت – بالصوديوم الأرخص والأكثر وفرة – وهو عنصر كيميائي موجود في ملح الطعام – بالإضافة إلى الحديد والنيتروجين والكربون.
تتميز منشأة أبحاث البطاريات المترامية الأطراف التابعة لشركة نورثفولت بأنها عبارة عن مبنى مكعب حديث من الخشب والفولاذ بين بساتين أشجار البتولا وأشجار التنوب الطويلة في شرق السويد.
تشكل مختبرات الشركة السويدية أكبر حرم جامعي لأبحاث البطاريات في أوروبا. وهنا، في منطقة صناعية سابقة على مشارف مدينة فاستيراس، على بعد حوالي 100 كيلومتر شمال غرب العاصمة ستوكهولم، يمكن لواحدة من أفضل شركات التكنولوجيا المناخية الممولة في القارة أن تكتب مستقبل البطاريات.
في نوفمبر 2023، أعلنت شركة نورثفولت – الشركة الوحيدة المصنعة لبطاريات السيارات الكهربائية في أوروبا – عن تحقيق تقدم كبير في تطوير البطاريات.
أول بطارية لتخزين الطاقة
وقد نجحت الشركة في تصنيع أول بطارية لتخزين الطاقة من نوعها من خلال استبدال المعادن الأساسية المستخدمة على نطاق واسع – مثل الليثيوم والكوبالت والنيكل والجرافيت – بالصوديوم الأرخص والأكثر وفرة – وهو عنصر كيميائي موجود في ملح الطعام – بالإضافة إلى الحديد والنيتروجين والكربون.
وقال أندرياس هاس، رئيس برنامج أيونات الصوديوم في شركة نورثفولت، في مقابلة: “هذه تكنولوجيا جديدة تمامًا”.
لقد فاجأ توقيت ابتكار شركة نورثفولت صناعة البطاريات، فوفقًا لدانييل برانديل، وهو كيميائي متخصص في المواد بجامعة أوبسالا في السويد، فإن خرائط الطريق التكنولوجية في أمريكا الشمالية وأوروبا قد جعلت هذا التطور أقرب إلى عام 2030 مقارنة بما كان عليه قبل عام 2025.
وقال برانديل إنه في حين كانت الشركات الصينية أول من استخدم الصوديوم ليحل محل الليثيوم في البطاريات، فإنها اعتمدت في كثير من الأحيان على معادن حيوية أخرى مثل النيكل أو الكوبالت لتحسين أدائها. واليوم، لا تزال الشفافية محدودة بشأن الأداء التفصيلي والنوع المحدد من بطاريات أيون الصوديوم التي تستخدمها الشركات الصينية.
ومع ذلك، فإن بطاريات الصوديوم التي تنتجها شركة نورثفولت خالية تماماً من المعادن.
في السنوات الأخيرة، تزايدت المخاوف بشأن الأضرار الاجتماعية والبيئية الناجمة عن استخراج وتكرير معادن البطاريات، تتركز احتياطيات الليثيوم والنيكل والكوبالت في عدد قليل من البلدان ، مما يجعلها عرضة للاضطرابات الجيوسياسية والتجارية، وعرضة للمنافسة الشديدة. وفي الوقت نفسه، تهيمن الصين على سلسلة توريد بطاريات الليثيوم أيون، حيث تسيطر على 70٪ من قدرة تكرير الليثيوم العالمية.
توفر البطاريات المعتمدة على الصوديوم حلاً لتحديات سلسلة توريد البطاريات الكهربائية، وخاصة بالنسبة للدول الغربية التي تسعى إلى تقليل اعتمادها على الصين في مجال التكنولوجيا النظيفة.
وبحسب تحليل بلومبرج إن إي إف لعام 2023 ، فإن بطاريات الصوديوم يمكن أن تحل محل 272 ألف طن من الطلب على الليثيوم بحلول عام 2035، وهو ما يعادل حوالي 7% من السوق الإجمالية المتوقعة لذلك العام.
قالت إيولا هيوز، مديرة الأبحاث في شركة رو موشن للاستشارات المتخصصة في البطاريات ومقرها لندن: “إن القيمة الحقيقية لبطاريات أيون الصوديوم تتمثل في إمكانية بناء سلسلة توريد أوروبية. وفي الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي، هناك ضغوط متزايدة للانفصال عن الصين وبناء إمدادات محلية، وقد تتمتع بطاريات أيون الصوديوم بإمكانات قوية في هذا التحول”.
وفي يناير/كانون الثاني، دعم بنك الاستثمار الأوروبي الشركة بتمويل يزيد عن مليار دولار ، مشيرًا إلى قدرة نورثفولت على إنشاء أول منشأة إنتاج بطاريات ليثيوم أيون دائرية متكاملة بالكامل خارج آسيا.
في ذلك الوقت، قال نائب رئيس المفوضية الأوروبية ماروش شيفتشوفيتش، المسؤول عن الصفقة الخضراء الأوروبية، إن صناعة البطاريات “تتمتع بأهمية استراتيجية وساحة معركة رئيسية للقدرة التنافسية العالمية”.
وأضاف أن “شركة نورثفولت، رائدة البطاريات لدينا، تظهر أن الاتحاد الأوروبي لديه المؤهلات اللازمة لبناء نظام بيئي مبتكر ومستدام وتنافسي عالميًا للبطاريات”.
مراكز البطاريات الإقليمية
تم تصميم بطاريات الصوديوم الخاصة بشركة نورثفولت لتخزين الطاقة الزائدة المولدة من الطاقة المتجددة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية، وإرسالها مرة أخرى إلى الشبكة عندما تكون هناك حاجة إليها.
قالت وكالة الطاقة الدولية إن سعة تخزين الطاقة العالمية تحتاج إلى زيادتها ستة أضعاف حتى يتمكن العالم من تحقيق هدف مضاعفة القدرة العالمية المتجددة بحلول عام 2030، حيث من المتوقع أن توفر البطاريات 90% من هذا النمو.
وبحسب وكالة الطاقة الدولية، فإن بطاريات الصوديوم، التي تعد أرخص بنحو 30% من بطاريات الليثيوم في الإنتاج، قد تشكل حوالي 10% من القدرة المضافة بحلول عام 2030، وتستمر في الارتفاع بعد ذلك.
وتقول شركة نورثفولت إن بطارياتها يمكن إنتاجها باستخدام مواد محلية المصدر بتكلفة أقل وبشكل مستدام مقارنة ببطاريات الليثيوم.
في حين تمتلك الولايات المتحدة 92% من احتياطيات كربونات الصوديوم في العالم ، فإن هذه المادة الكيميائية هي سادس أكثر العناصر شيوعًا على وجه الأرض – أكثر وفرة بـ 1000 مرة من الليثيوم – ومتوفرة على نطاق واسع في أوروبا. وقالت الشركة لموقع كلايمت هوم: “إن خطر الاعتماد على سلاسل التوريد الأمريكية منخفض”.
ومن الممكن أن يتيح هذا إنشاء مراكز إقليمية لتصنيع البطاريات، وهو ما قد يساعد في تسريع عملية إزالة الكربون في الاقتصادات الناشئة والبلدان النامية.
وقال هاس “نظرًا لأننا لسنا مقيدين بجغرافية معينة، فلن نضطر بعد الآن إلى الاعتماد على الليثيوم من مناجم الصين أو أمريكا الجنوبية. يمكننا إنتاج هذه البطاريات في جميع أنحاء العالم”.
بفضل مقاومتها الأفضل لدرجات الحرارة المرتفعة مقارنة ببطاريات الليثيوم، والتي تعد قابلة للاشتعال بطبيعتها، يمكن لبطاريات أيون الصوديوم أن تساعد في تسريع عملية الكهربة في المناطق المعرضة للحرارة الشديدة مثل الهند وأفريقيا والشرق الأوسط من خلال توفير خيارات تخزين الطاقة النظيفة الرخيصة والآمنة.
وتعمل العديد من الشركات الهندية ، بما في ذلك شركة ريلاينس متعددة الجنسيات ، على إنتاج بطاريات الصوديوم في البلاد. وقال برانديل من جامعة أوبسالا لموقع كلايمت هوم إن هذه البطاريات قد تصبح “حاسمة” في انتقال الهند من الفحم إلى الطاقة المتجددة من خلال جعل تخزين الطاقة “أرخص وأكثر سهولة في الوصول إليه”.
وقالت شركة نورثفولت إنها ستستكمل النماذج الأولية الأولى لبطاريات الصوديوم لتخزين الطاقة في وقت لاحق من هذا العام قبل تطوير خط إنتاج لتصنيعها.
السيارات الكهربائية التيتعمل بالصوديوم
على مدى الثلاثين عامًا الماضية، تم استخدام الليثيوم في تصنيع البطاريات القابلة لإعادة الشحن والتي تتميز بأنها خفيفة الوزن وصغيرة الحجم، ولكنها مع ذلك قادرة على تخزين الكثير من الطاقة.
على الرغم من أن الصوديوم أرخص وأكثر وفرة، إلا أنه أكبر وأثقل من الليثيوم، مما يجعل البطاريات أكثر ضخامة. وهذا يعني أن بطاريات أيون الصوديوم تخزن كمية أقل من الطاقة مقارنة ببطاريات الليثيوم من نفس الحجم. قد لا يمثل هذا مشكلة لتخزين الطاقة الساكنة ولكنه قد يصبح مشكلة للسيارات الكهربائية، حيث يرغب معظم السائقين في قطع أميال أكثر من شحنة واحدة.
ولكن على الرغم من انخفاض كثافة الطاقة في بطاريات الصوديوم وانخفاض سعر الليثيوم، فإن الإثارة حول التكنولوجيا ظلت عالية.
تتصدر الصين العالم في تصنيع تقنيات الطاقة النظيفة، ولا تشكل البطاريات القائمة على الصوديوم استثناءً. فهناك ما يقرب من 30 مصنعًا لتصنيع بطاريات أيون الصوديوم تعمل حاليًا أو مخطط لها أو قيد الإنشاء على مستوى العالم – وكلها تقريبًا في الصين. وفي شهر مايو/أيار، بدأت البلاد في تشغيل أول محطة تخزين طاقة بطاريات أيون الصوديوم على نطاق واسع .
لقد أظهرت البلاد أن بطاريات الصوديوم لا تزال قادرة على لعب دور في إزالة الكربون من النقل البري. ففي وقت سابق من هذا العام، أطلقت شركات تصنيع السيارات الكهربائية الصينية نماذج صغيرة من المركبات الكهربائية التي تعمل بالصوديوم، والمصممة للسفر لمسافات قصيرة.
توصلت وكالة الطاقة الدولية إلى أنه يمكن استخدام بطاريات أيون الصوديوم لتشغيل الدراجات البخارية ذات العجلتين والمركبات الكهربائية الصغيرة في المدن، حيث لا يحتاج السائقون إلى مثل هذا الاستقلالية طويلة المدى.
وتقول شركة نورثفولت إن بطارية أيون الصوديوم التي تنتجها هي الأفضل أداءً من نوعها في السوق، حيث تبلغ قدرتها 160 واط/ساعة لكل كيلوغرام. ومع ذلك، هناك حاجة إلى مزيد من العمل قبل أن تتمكن من تشغيل المركبات الكهربائية طويلة المدى.
وقال هاس “نحن لسنا مستعدين بعد لدخول سوق السيارات الأوروبية”. لكن في غضون بضع سنوات، تأمل نورثفولت في إنتاج بطاريات أيون الصوديوم بسعة 180 وات/كجم – وهي نفس كمية الطاقة التي تحتويها بعض بطاريات الليثيوم المستخدمة في السيارات الكهربائية طويلة المدى، كما أضاف.
وقال هاس لموقع كلايمت هوم: “هذه تقنية من الجيل الأول ونحن نرى الكثير من الإمكانات فيها. لكن الجيل الثاني سيكون أفضل”.
مهمة “صنع تاريخ النفط“
تأسست شركة نورثفولت في ستوكهولم عام 2016 على يد الموظفين السابقين في شركة تسلا بيتر كارلسون وباولو سيروتي، اللذين تقاسما هدف جعل تصنيع البطاريات أكثر استدامة من خلال إنشاء ” البطارية الأكثر خضرة في العالم “. وتسعى الشركة إلى ” صنع تاريخ النفط “.
وفي عام 2018، قال كارلسون، الرئيس التنفيذي لشركة نورثفولت ، لبنك الاستثمار الأوروبي بعد أن عرض على الشركة استثمارًا كبيرًا: “إن تخزين الطاقة المتجددة هو المفتاح إلى مجتمع خالٍ من الكربون، والبطاريات هي المفتاح للوصول إلى هناك”.
ساهم قرض بنك الاستثمار الأوروبي في بناء منشأة أبحاث البطاريات في فاستيراس، والتي تم افتتاحها في العام التالي. وكان الهدف من المنشأة إجراء البحوث وتحسين عملية تصنيع خلايا بطاريات الليثيوم للإنتاج الضخم في مصنع نورثفولت العملاق في سكيلفتيا، والذي لا يبعد كثيراً عن الدائرة القطبية الشمالية في شمال شرق السويد.
ولم يمض وقت طويل قبل أن يركز البحث على تطوير بطارية الصوديوم.
وبعد وقت قصير من وصوله في عام 2019، أصبح هاس، الذي ترك وظيفته في شركة طاقة ألمانية للعمل لدى شركة نورثفولت، رئيسًا لمشروع أيونات الصوديوم في الشركة – وهي مبادرة بحثية مصممة لإيجاد حلول فعالة من حيث التكلفة لصنع بطاريات بدون الليثيوم أو الكوبالت أو النيكل.
بالتعاون مع فريق من المهندسين والكيميائيين والباحثين من جميع أنحاء العالم، عمل هاس عن كثب مع شركة ألتريس، وهي شركة سويدية لتطوير البطاريات وشريكة أبحاث نورثفولت. حققت شركة ألتريس تقدمًا كبيرًا في كيمياء البطاريات بالاعتماد على أبحاث عالم المواد الحائز على جائزة نوبل جون جود إنوف وشركة البطاريات اليابانية شارب، والتي أنشأت معًا مادة Prussian White، وهي المادة المستخدمة في تصنيع الجانب “السالب” من بطارية أيون الصوديوم، والمعروفة أيضًا باسم الكاثود .
“كانت المشاكل المتبقية هي كثافة الطاقة والتحكم في الرطوبة. جاءت شركة نورث فولت وحلت هاتين المسألتين”، مما أدى إلى زيادة أداء البطارية لجعلها “ذات أهمية تجارية”، كما قال هاس.
كما ساعدت مهمة نورثفولت في تنظيف صناعة البطاريات في جذب المواهب العالمية. ففي إحدى غرف الموظفين في المنشأة، توجد خريطة للعالم وضع عليها الموظفون علامات تشير إلى مواقع مدنهم الأصلية. وتمثل الخريطة ما لا يقل عن 110 دولة، مع مجموعات حول جنوب الهند واليابان وكوريا الجنوبية وعبر أوروبا.
وقالت نيرنهايم إن الشركة تتلقى أكثر من 10 آلاف طلب عمل شهريًا. وأضافت: “نورثفولت شركة ذات هدف محدد وهذا يسهل علينا توظيف الشباب على المستوى الدولي، خاصة الشباب الحريصين على إيجاد عمل مفيد”.
خطط التوسع
بالنسبة لهيوز، من شركة استشارات البطاريات Rho Motion، فإن شركة Northvolt في وضع جيد يسمح لها بنقل بطاريات تخزين أيونات الصوديوم الخاصة بها إلى الإنتاج الصناعي على نطاق واسع.
ومع ذلك، لم يكن النمو السريع لشركة نورثفولت سهلاً تمامًا. في عام 2023، توفي موظفان في نورثفولت في حوادث في مكان العمل . في يونيو، أعلنت شركة بي إم دبليو أنها ألغت طلبًا بقيمة 2 مليار دولار لشراء بطاريات ليثيوم أيون بعد أن أدى تأخير الإنتاج إلى عدم قدرة نورثفولت على الوفاء بعقد توريد طويل الأجل في الوقت المحدد. وقالت شركة صناعة السيارات الألمانية لرويترز إن شراكتها مع نورثفولت تركز على “هدف تطوير خلايا البطاريات من الجيل التالي”. ووصفت وسائل الإعلام المحلية تأخيرات الإنتاج بأنها ” أزمة “.
وقالت شركة نورثفولت لموقع كلايمت هوم إن التأخيرات لن يكون لها أي تأثير على تقدم بطاريات الصوديوم، مشيرة إلى “الإنتاج المنفصل وفريق منفصل يعمل على التكنولوجيا”.
إغلاق حلقة سلسلة التوريد
ورغم أن بطاريات أيون الصوديوم التي تنتجها شركة نورثفولت لا تزال في المراحل الأولى من التطوير، فإنها قد تصبح محورية لاستراتيجية الاستدامة التي تنتهجها الشركة.
وتقول الشركة إنها تريد خفض انبعاثات الكربون المضمنة في عملية إنتاج البطاريات بنسبة 90% بحلول عام 2030. وفي الوقت الحالي، تشكل إعادة تدوير وإعادة استخدام المواد المستخدمة في بطاريات الليثيوم أيون عنصراً أساسياً في خطط نورثفولت لتحقيق هذا الهدف.
وقال نهارنهايم، كبير مسؤولي البيئة في شركة نورثفولت، إن الشركة قادرة على إعادة تدوير حوالي 95% من مواد بطارية ليثيوم أيون، والتي يمكن استخدامها مرة أخرى في عملية الإنتاج، مما يخلق سلسلة توريد دائرية.
بحلول عام 2030، تريد الشركة أن يتم إنتاج جميع خلايا البطاريات الجديدة الخاصة بها باستخدام 50% من المواد المعاد تدويرها. ويمكن أن يساعد الصوديوم، الذي يعد إعادة تدويره أسهل وأكثر فعالية من حيث التكلفة من الليثيوم، الشركة على تحقيق أهداف إعادة التدوير المستقبلية.
“نحن نعيش على كوكب به عدد محدود من الموارد الطبيعية. ولتلبية الطلب المستقبلي والحفاظ على سلاسل التوريد الأخلاقية، نحتاج إلى إعادة تدوير المزيد”، كما قال نيرنهايم. “يمكننا بالفعل إعادة تدوير 95% من مواد البطاريات. وسوف نصل قريبًا إلى 100% ومن ثم يمكننا استخدام البطارية إلى ما لا نهاية”.
الصورة الرئيسية: موظف في شركة نورث فولت في مختبرات أبحاث البطاريات التابعة للشركة خارج فاستيراس، السويد
وقد تلقت الشركة مليارات الدولارات من التمويل من مستثمرين مثل جولدمان ساكس وبلاك روك وفولكس فاجن ووكالة الطاقة السويدية، وحصلت على 55 مليار دولار من طلبات بطاريات الليثيوم أيون من شركات صناعة السيارات الكبرى، مثل بي إم دبليو وسكانيا وفولفو وفولكس فاجن. وفي بداية عام 2024، جمعت نورثفولت ديونًا بقيمة 5 مليارات دولار – والتي وصفتها بأنها أكبر قرض أخضر في أوروبا على الإطلاق – لتوسيع مصنع البطاريات في سكيلفتيا وتمويل جهود إعادة التدوير. وشمل ذلك أكثر من مليار دولار من بنك الاستثمار الأوروبي.
وفي أبريل/نيسان من هذا العام، افتتحت شركة نورثفولت أول مصنع لها لإنتاج بطاريات أيون الصوديوم في منشأة التصنيع الخاصة بها في سكيلفتيا، مع التخطيط لإنشاء مصانع إضافية في كندا وألمانيا وجميع أنحاء السويد، على حد قولها.