عندما يتعلق الأمر بتقنيات البطارية من الجيل التالي ، يهيمن الليثيوم على المناقشة. ومع ذلك ، فإن العنصر المهم بنفس القدر وأحيانًا يتم تجاهله في إنشاء هذه التقنيات الأساسية هو الجرافيت. من الأهمية بمكان لكل من السلامة والأداء ، يمكن أن يعوض الجرافيت ما يصل إلى نصف وزن بطارية ليثيوم أيون (LI-ION).
وفقًا لوكالة الطاقة الدولية ، سيتضاعف الطلب على الجرافيت بحلول عام 2040 في سيناريو السياسات المحددة ، حيث يتوقع أن يأتي 49 ٪ من الطلب من تقنيات الطاقة.
ومع ذلك ، لا تزال سلسلة التوريد العالمية تعتمد على أساليب الإنتاج المستهلكة للوقت والانبعاثات العالية ، والتي يتم تنفيذ الجزء الأكبر منها في الصين. إن تلبية فجوة العرض والطلب هو ضرورة معترف بها في توسيع نطاق البطاريات ، لكن القيام بذلك سيتطلب طرقًا أنظف وأسرع وأكثر قابلية للتطوير.
أدخل Rapidgraphite ، وهي شركة ناشئة مقرها بيرث تشارك في تأسيسها عالم مواد جامعة كورتين الدكتور جيسون فوغ. قامت الشركة بتطوير طريقة جديدة تحول الكربون النفايات من المواد الأولية للكتلة الحيوية إلى جرافيت اصطناعي عالي النقاء ، بطريقة أسرع وأكثر استدامة من أي وقت مضى.
في العام الماضي ، تلقت الشركة منحة لزيادة تقنيتها كجزء من مبادرة استوديو مشروع بطولة جامعة كورتين بقيمة 18.6 مليون دولار (12.2 مليون دولار) ، مع عملية التسويق.
لقد تحدثنا إلى Fogg عن ابتكار الشركة وما يمكن أن يعنيه لسلسلة التوريد الجرافيت في أستراليا.
Scarlett Evans (SE): لماذا الجرافيت مهم؟
جيسون فوغ (JF): تم استخدام الجرافيت على مر التاريخ ، ولكن اليوم ، يتم تشغيل الطلب بالكامل تقريبًا بواسطة بطاريات Li-ion. حوالي ربع وزن كل بطارية Li-ion هو الجرافيت ، وهذا في الواقع يبحث بشكل متحفظ-يمكنك الحصول على بطاريات تصل إلى 50 ٪ من وزنها الجرافيت. عندما تنظر إلى بطارية مركبة كهربائية نموذجية ، فإنك تنظر إلى حوالي 70 كجم من الجرافيت.
الجرافيت هو المكون الرئيسي الذي يجعله آمنًا بما يكفي لاستخدام بطاريات Li-ion في حياتنا اليومية. بدونها ، فإن البطاريات هي في الواقع متفجرة للغاية.
كما هو الحال مع معظم المعادن الهامة ، أو تلك المعادن التي نحتاجها للبطاريات على وجه الخصوص ، فإن الطلب يفوق قدرات العرض لدينا.
SE: ما هي التحديات الحالية في إنتاج الجرافيت؟
JF: هناك طريقتان رئيسيتان للحصول على الجرافيت. يمكنك استخدام عمليات التعدين التقليدية لإخراجها من الأرض والحصول على الجرافيت الطبيعي ، ولكن يجب تنقيتها بعد ذلك لجعلها في البطاريات ، والتي تحتاج إلى مواد بأكثر من 99.95 ٪ نقاء. عادة ما تكون مناجم الجرافيت في بضع عشرات من نقاء في المائة ، لذلك تفقد كمية هائلة مما تحفره قبل الحصول على شيء مناسب للبطارية.
الطريقة الرئيسية التي يتم تنقية الجرافيت تستخدم حمض خطير للغاية يسمى حمض الهيدروفلوريك. في حين أنه نهج تنقية فعال من حيث التكلفة ، إلا أنه أمر خطير للغاية بالنسبة للعمال ويسبب أضرارًا بيئية كارثية.
بدلاً من ذلك ، يمكن تصنيع الجرافيت الاصطناعي عن طريق تسخين مواد كربون محددة إلى 3000 درجة مئوية ، والتي تبلغ حوالي نصف درجة حرارة سطح الشمس. هذه عملية كثيفة الاستخدام بشكل لا يصدق تنبعث منها 15-25 كجم من CO₂ لكل كيلوغرام من الجرافيت البطارية المنتجة. إنه يتطلب قوة كبيرة من BaseLoad ، مما يجعل من الصعب أيضًا دمج مصادر الطاقة المتجددة ، والتي تكون متقطعة بطبيعتها.
كيف يحصل العالم حاليًا على الجرافيت هو حقًا قبيح لما هو معدن بطارية مهم بشكل لا يصدق.
لذلك هذا هو السياق. نحن ببساطة بحاجة إلى المزيد والمزيد من البطاريات ، فهي مفتاح فتح الطاقات المتجددة ، لكننا نحتاج إلى طرق أنظف للقيام بذلك – وهذا هو المكان الذي يأتي فيه Rapidgraphite.
SE: كيف يأمل Rapidgraphite في مواجهة هذا التحدي؟
JF: لقد قمنا بتطوير نهج محفز يسمح لنا بعمل جرافيت صناعي مستدام باستخدام طاقة أقل من التقنيات التقليدية وفي عملية أسرع بكثير. نحن نستخدم المواد الأولية الحيوية ، مثل رقائق الخشب أو فضلات الأوراق ، وهي مواد خزانة مستدامة ووفرة نرسمها كمنتج نفايات من سلسلة التوريد الخشبية الموجودة في أستراليا. يقوم المحفز الخاص بنا بعد ذلك بتحويل الكربون بشكل أساسي من منتج النفايات هذا مباشرة إلى الجرافيت على مستوى البطارية.
عادة ، هناك الكثير من العيوب في معظم المواد الأولية التي تمنع الكربون من تحول إلى الجرافيت. يتيح لنا المحفز الجديد لدينا استهداف العيوب الرئيسية ، وإزالتها ، وبالتالي يسمح بتحويل المواد الأولية إلى الجرافيت عالي النقاء.
SE: ما هي المرحلة التي هو المشروع في الآن ، وما هي الخطوات التالية نحو التسويق؟
JF: نحن في مرحلة التحجيم. لقد أثبتنا تقنيتنا في المختبر ونتقدم الآن إلى اختبار النطاق للبطارية.
لقد تفاوضنا مع الجامعة لتدوير التكنولوجيا على أنها Rapidgraphite ، وبدعم من تقنية الموارد والمعادن الحرجة Trailblazer التي يمكننا الوصول إليها إلى مرافق الأفران الأكبر لاختبار التكنولوجيا على نطاق طيفي. من هناك ، نقوم برفع رأس المال للدفع نحو طيار كامل وتقديم منتجات الجرافيت الاصطناعية إلى السوق.
SE: ما هي التحديات الرئيسية عند النظر في توسيع نطاق التكنولوجيا في منتج قابل للتطبيق تجاريًا؟
JF: يعد الوصول إلى مرافق التوسع في الوقت المناسب أكبر عقبة. بالنظر إلى أن Rapidgraphite لا يخرج سوى من إعداد الجامعة ، فمن العدل أن نقول إننا في مرحلة مبكرة للغاية. لذلك ، ندرك أنه لنقل مكاننا داخل السوق ، نحتاج إلى التحرك خلال مراحل التوسع بسرعة كبيرة.
يمكن أن يكون كونك مبكرًا جدًا ميزة فريدة من نوعها ، حيث يمكن أن نكون ذكيين تمامًا في تطوير وصقل نهجنا لتصنيع الجرافيت الاصطناعي.
SE: هل لدى أستراليا أي مزايا معينة في نشر هذه التقنية؟
JF: نقطة فريدة من نوعها عن أستراليا هي أننا نتلقى أكبر قدر من الإشعاع الشمسي على مدار العام في العالم. سوف يرى معظم الأستراليين هذا بعد عدد الأيام المشمسة الصافية التي نحصل عليها ، حتى في ذروة شتاءنا.
بالنظر إلى أوقات المعالجة القصيرة المستخدمة في تقنية Rapidgraphite ، يمكننا الاستفادة من إمكانات الطاقة الشمسية الرائدة في أستراليا لتشغيل تصنيع الجرافيت الاصطناعي.
ومع ذلك ، نظرًا لمصدر الطاقة هو مجرد مكون إضافي لعملية Rapidgraphite ، يمكننا أيضًا أن نرى كيف يمكن نشر التكنولوجيا في جميع أنحاء العالم لتطوير إمكانيات إمداد الجرافيت بسرعة باستخدام المواد الأولية المتوفرة محليًا.
SE: هل هناك اهتمام قوي بالمستثمر في تقنيات الجرافيت المستدامة مثل لك؟
JF: شهدت سلاسل إمداد الجرافيت على مستوى البطارية عدم استقرار كبير بسبب التوترات الجيوسياسية. يهيمن العرض الصيني على أكثر من 90 ٪ من السوق العالمية ، وقد أثارت قيود التصدير أسئلة المخاطر السيادية. نحن نعلم أن بطاريات لي أيون هي في صميم مستقبل طاقتنا ؛ هذا يضع إمدادات آمنة ومستدامة من الجرافيت في طليعة المحادثة.
في هذا السياق ، شهدنا الكثير من الاهتمام بالاستثمار في إنشاء طرق جديدة لإنتاج الجرافيت ، وهناك حوافز حكومية لدفع التكنولوجيا الجديدة. ومع ذلك ، لا يزال الطريق إلى السوق صعبًا ، وعلى مدار السنوات القليلة المقبلة في الجرافيت ، سنحتاج حقًا إلى الإجابة على بعض الأسئلة الصعبة حول كيفية توفير الجرافيت البطاري بطريقة نظيفة.
في الماضي ، ربما كنا قادرين على التغاضي عن كيفية صنع الأشياء ، لكن هذا لم يعد مستدامًا – أخلاقياً أو بيئيًا أو اقتصاديًا. علينا أن نعيد التفكير في كيفية مصدر وتصنيع المواد التي تشغل مستقبلنا.
<!– –>
اشترك في جولة الإخبارية اليومية لدينا!
امنح عملك ميزة مع رؤى الصناعة الرائدة.