اختراق محير في عالم البطاريات

يرى الرئيس التنفيذي لشركة تسلا السيد إيلون مسك المستقبل بشكل أفضل من أي شخص آخر، وسواء أكان يتحدث عن إرسال بشر إلى المريخ أم بناء معمل بقيمة خمسة مليارات دولار لشركته لصنع بطاريات للسيارات الكهربائية تميل خططه نحو المبالغة في الفخامة، ولكن على الرغم من ذلك فإن سجله يشير إلى أن من الخطر الرهان ضده.

وعندما تحدث في الأسبوع الماضي في المنتدى الدولي لمبتكرات الطاقة في مقر الشركة قال إن العالم في حاجة إلى "مئات" من معامل غيغا من أجل إنتاج البطاريات التي لن تصنع كلها من قبل شركة تسلا طبعاً، وبينما يحتمل أن تخفض الخبرة من تكلفة معامل المستقبل فإن حديث مسك كان محبطاً ومثيراً للكآبة، فقد كان حديثه يعني تخصيص استثمارات تبلغ تريليون دولار على الأقل في مصانع لإنتاج البطاريات خلال العقود المقبلة، كما قال أيضاً وبشكل غير مباشر على الأقل إن تلك البطاريات لن تكون أفضل من النوعية التي تستخدمها تسلا في الوقت الراهن.

ومن المقرر أن يطرح أول مصنع ضخم من تسلا أون لاين في سنة 2017 بطاقة تبلغ 50 غيغاواط ساعي من البطاريات سنوياً، وتخطط تسلا لاستخدام معظم تلك البطاريات من أجل إمداد ما يصل إلى 500000 سيارة يشكل معظمها الجيل الثالث من سيارات الصالون لديها، والتي يتوقع أن يبدأ سعر الواحدة عند 35000 دولار، أما بقية الإنتاج فسوف تذهب إلى السوق الحديث العهد لتخزين الطاقة المتجددة، وفي الأغلب إلى الطاقة الشمسية.

وبينما من المتوقع أن يبدأ ذلك السوق بصورة صغيرة فإن مؤشرات نمو الطاقة الشمسية الصغيرة المستوى في المناطق السكنية والشركات الصغيرة تشير إلى إمكان ازدهار سوق التخزين، وفي حقيقة الأمر التقيت أحد موظفي شركة تسلا أخيراً، وقد أشار إلى أن العديد من موظفي الشركة يعتقدون أن سوق تخزين الطاقة يمكن أن يصبح أكبر من سوق السيارات في تسلا، ولكن على الرغم من ذلك تجدر الملاحظة أن معظم أنظمة المساكن سوف تتطلب بطارية تمثل مجرد جزء فقط من حجم البطارية التي يمثلها "موديل إس" من تسلا.

ماذا عن تلك السيارات إذاً؟ بينما تتسم توقعات مبيعات السيارات بعد 10 سنوات إلى 20 سنة من الآن بعدم الوضوح نظراً لغموض مسار نمو مشاطرة السيارات والنقل الجماعي والطبقة المتوسطة في الدول النامية، فإن التقديرات تضع الرقم فوق 100 مليون سيارة. ومن خلال استخدام أول معمل غيغا من تسلا على هذا الشكل فإن الأمر سوف يتطلب بناء 200 من تلك المعامل بغية صنع 100 مليون سيارة كهربائية من مستوى تسلا بعد 20 سنة من الآن، إذا لم تتحسن تلك البطاريات، أما سيارة "ليف" من شركة نيسان التي تمثل نسبة الثلث من موديل "إس" من تسلا وبسعر أقل كثيراً فقد أصبحت السيارة الكهربائية الأفضل في العالم، حيث بلغت مبيعاتها في شهر يناير 100000 وحدة.

أقل وأكثر

بطارية سيارة نيسان الحالية 24 كيلوواط ساعي وهي جزء من النوعية التي تعرضها تسلا من 60 و85 كيلوواط ساعي وهو ما يفسر المدى الأصغر، لكنه يساعد أيضاً في عرض نيسان لسيارات بسعر أقل بصورة كبيرة، وكانت نيسان ألمحت إلى عزمها توسيع سعة بطارياتها. وفي معرض حديث للسيارات في بكين قال أندي بالمر من شركة نيسان إن سيارة "ليف" ستحتاج إلى مدى 300 كيلومتر على الطريق، وهو أكثر من ضعف واقع تلك السيارة في الوقت الراهن، لكنه سيتطلب بطارية أصغر حجماً من أي نوعية من موديل "إس" الحالية.

 وفي حقيقة الأمر فإنها قد تتطلب الحجم ذاته الذي أشار مسك إليه في النسخة الأساسية من الجيل الثالث لدى تسلا، والذي قال إنه أصغر بـ20 في المئة من النوع المستخدم في موديل "إس" السالف الذكر (على الرغم من أنه يوفر مدى 200 ميل)، ولكن ما لم يتحدث مسك عنه هو أن فرصة وجود أسطول كامل من السيارات الكهربائية بالكامل تكاد تكون معدومة ما لم يحدث شيء ما في هذا الصدد، إذ يتعين أن تكون السيارة الكهربائية أرخص ثمناً من السيارة العاملة على البنزين مع عرض مدى وإعادة شحن بصورة كافية لإرضاء كل شخص، وفي كل مكان على وجه التقريب.

 وإذا كان لاختراق أن يحدث في سعة البطارية فيتعين أن يشمل إنتاج سيارة كهربائية ذات مدى 300 ميل وبسعر يقل عن 30000 دولار، ويمكن إعادة شحنها في معظم مواقف السيارات وعلى العديد من شوارع المدن، ومع شبكة على غرار تسلا التي يمكن الوصول إليها على كل الطرقات العامة، وربما غدت أيام البنزين معدودة بعد كل شيء.

ومثل تلك البطارية يجب أن تحمل المزيد من الطاقة طبعاً في المساحة ذاتها التي تشغلها اليوم، ويمكن تحقيق ذلك من خلال تحسين كثافة الطاقة بأربعة أمثالها ومن شأن ذلك تمكين المصنع من إنتاج بطارية تزن 300 رطل فقط بدلاً من الزنة الحالية البالغة 1200 رطل، وقد تتمكن تسلا عندئذ من عرض خيار لموديل من 500 ميل، وذلك باستخدام بطاريتين من ذلك النوع الذي يظل أخف وزناً بما يصل إلى 600 رطل من موديلات الوقت الراهن، كما أن العالم سوف يكون في حاجة إلى بناء ربع عدد مصانع البطاريات.

وكان مسك تحدث عن قدرات معمل غيغا من حيث التكلفة مشيراً إلى انخفاض تكلفة بطارية تسلا بما لا يقل عن 30 في المئة عن مستوياتها الحالية، وقد أشار تحليل نشر في "تقارير السيارة الخضراء" في السنة الماضية إلى تلك التكلفة التي لم تؤكد تسلا أرقامها، كما تحدث مسك عن العمل بصورة مباشرة مع موردي المواد الخام، وقال إنهم فوجئوا بالاتصال، وأعربوا عن سرورهم للسعي إلى خفض التكلفة في معادن مثل النيكل.

وفي أماكن أخرى يبحث البعض عن اختراقات على الرغم من وجود حدود لكل شيء، وقالت باور بلاس اليابانية وهي شركة حديثة العهد إنها مستعدة لخوض معترك العمل التجاري من خلال تصميم فريد يعتمد على الكربون فقط، وعبر تفادي الحاجة إلى معادن مثل النيكل والكوبالت تحمل بطاريتها التي تدعى "رايدن" الأمل في تكلفة تصنيع منخفضة.

وهي تعد أيضاً بعدد من المزايا مثل تصميم "الكربون المزدوج" الذي يستطيع الاستمرار لآلاف من الدورات من دون أن يفقد أي سعة، مما يسمح ربما بصنع بطارية تعمر لعشرين سنة بدلاً من 8 سنوات إلى 10 سنوات في السيارات الكهربائية الحالية، وتجدر الإشارة إلى أن بعض أصحاب سيارات "ليف" في أريزونا تعرضوا لفقدان السعة التي نسبت الى معدلات الحرارة في الصحراء هناك. كما أن بطارية باور جابان بلاس تتطلب درجة أقل من تعقيدات التبريد بقدر يفوق تصاميم الليثيوم، وذلك نظراً لأنها تحصل على تحمية خلال إعادة شحنها أو استعمالها، وفي مثل تصميم تسلا حيث يتم جمع الآلاف من خلايا البطارية الصغيرة معاً فإن بطارية "رايدن" قد تطرح نوعية أكثر كثافة، ولكن بقدر طفيف فقط.

وتتمثل المشكلة بأنه في حين توفر هذه التقنية الواعدة فوائد مهمة من حيث السلامة (لا تحترق مثل بطاريات الليثيوم) ومن حيث سرعة الشحن (تستطيع الحصول على مزيد من التيار بسرعة أكبر) فهي لا تقدم ميزة كثافة، وكان فريق العمل صريحاً إزاء هذا الجانب لدى عرض مزايا هذه التقنية.

وتمثل جزء من التحدي بصعوبة نقل جوانب الاختراق من المختبر إلى ميادين الإنتاج، وقد تحقق تقدم ثابت وبطيء في صناعة البطاريات خلال السنوات الماضية، لكن ثمة إجماع على وصول بطارية الليثيوم الحالية إلى طريق مسدود في المستقبل القريب.