Kaygı ve bağımlılık: Elektrikli araçların geleceği gerçekten de "kobalt" tarafından boyuna mı sıkışacak?
Lei Feng'e göre: Boston'a bir saat uzaklıktaki bir endüstri parkı laboratuvarında, Tufts Üniversitesi (Tufts) profesörü Michael Zimmerman yeni bir malzemeyi test etmeyi umuyor. Bodrumda doğan bu yeni malzemenin elektrik sorununu çözebileceğini umuyor. Araba endüstrisi bir krizle karşı karşıyadır ve şimdi tüm endüstrinin geleceği, dünyanın en fakir ve en istikrarsız ülkesi olan Kongo'ya yüklenmektedir.
Bu makale FT'den Leifeng tarafından derlenmiştir. Orijinal başlık: Elektrikli arabalar: kobaltın yerini alma yarışı.
Elektrikli araç üreticilerinin endişesi ve bağımlılığı
* Tufts Üniversitesi (Tufts) profesörü Michael Zimmerman (resim: Tony Luong / Redux / Eyevine)
Zimmerman, öğrencilere ders vermenin yanı sıra, bir başlangıç şirketi olan Ionic Materials'ı kurdu.Bu şirketin batarya malzemeleri, otomotiv endüstrisinin asırlık içten yanmalı motordan kurtulmasına ve mümkün olan en kısa sürede elektrifikasyonu tamamlamasına yardımcı olabilir.
Bundan bahsetmişken, pilleri üretirken gerekli bir malzeme olan gümüş grisi bir metal olan kobalttan bahsetmek zorundayız. Bununla birlikte, dünyadaki kobalt rezervlerinin% 60'ı Kongo'da bulunmaktadır. Zimmerman, bu durumu değiştirmeyi ve kobalt kullanmayan yeni nesil piller yaratmak için yeni teknolojiyi kullanmayı umuyor.
İonic Materials artık çok sıcak bir şirket ... Yatırımcı listesinde sadece ünlü bilgisayar bilimcisi Bill Joy değil, Renault-Nissan-Mitsubishi ittifakı, Hyundai Motor ve Fransız petrol devi Total de bulunuyor.
Zimmerman, "Dünyanın elektrikli arabalara ihtiyacı var." Dedi. "En alttan büyük yeniliklerden geçmesi ve tamamen yeni bir teknolojik yola geçiş yapması gereken devasa bir endüstri görmedim. Şirketin kendi içsel gücüne ek olarak, çeşitli ülkelerin hükümetleri de önemli destekçiler haline geldi."
Ionicin sponsor listesi, otomobil üreticilerinin mevcut pil teknolojisi ve Kongoya bağımlılıkları konusundaki endişelerini de yansıtıyor.
Şu anda, kobalt arzı, İsviçre devi Glencore da dahil olmak üzere birkaç madencilik şirketi tarafından kontrol ediliyor. İnsan hakları örgütleri, bu "ileri üretim kapasitesine" ek olarak, Kongoluların elleriyle kazdığı çok sayıda kobalt olduğunu ve bu ülkede çocuk işçiliği konusunun hiç gündeme getirilmediğini söylüyor.
Başka bir deyişle, yeni umutları olan bu teknoloji artık büyük ölçüde eski endüstriyel biçime dayanıyor ve bu bağlantısız durum gerçekten şaşırtıcı.
Kobalt piller için ne kadar önemlidir?
Pek çok uzmanın görüşüne göre bataryalar, tıpkı geçmişte olduğu gibi bu yüzyılda enerji sektörünün yeni hegemon'u olacak.
Gelecekte, iPhone'larımızı ve dizüstü bilgisayarlarımızı kullanmanın yanı sıra, piller de bizi dünyanın dört bir yanına götürecek. Yeterince güçlü bir pil olmadan, dünyanın "fosil yakıt bağımlılığı" durumundan kurtulması zor ve iklim değişikliğini hafifletmek boş bir laf haline geldi.
Bununla birlikte, pilin üretim süreci oldukça karmaşıktır ve performans gereksinimlerini karşılamak için hassas kimyasal reaksiyonlar gerektirir. Aynı zamanda, kullanıcıların beklentileri sürekli artıyor ve piller, şarj hızı, pil ömrü ve güvenlik açısından gelişmeye devam etmelidir. Aşırı soğuk veya sıcak bölgelerde yaşayan bazı insanlar için, bataryanın aşırı ortamlardaki performansı da oldukça önemlidir.
Batarya teknolojisi değişmezse, kobalt talebi önümüzdeki on yıl içinde en az iki katına çıkacak ve bunun% 70'i Demokratik Kongo Cumhuriyeti'nden satın alınacak. Georgia Institute of Technology School of Materials and Engineering'den Profesör Gleb Yushin doğrudan şunları söyledi: Batarya teknolojisinde büyük bir gelişme olmadıkça, elektrikli araç pazarının sözde patlayıcı büyümesini başarmak zordur.
"Kongo'nun kobalt olmadan elektrikli araç endüstrisi olmazdı." Caspar Rawles, Benchmark Mineral Intelligence için bir pazar araştırmacısı olduğunu söyledi. "Demokratik Kongo Cumhuriyeti'ndeki durum istikrarsızsa, elektrikli araç pazarı boş sözler olarak patlayacak."
Zimmerman beş ya da altı yıl önce pilleri düşünüyordu O zamanlar piyasadaki elektrikli arabaların hacmi hala çok küçüktü ve Tesla yeni popüler hale gelmişti. O dönemde özel bir metal olan kobalt genellikle sadece uçak motorlarında ve akıllı telefonlarda kullanılıyordu.
Çeşitli ülkelerde çevre koruma yasalarının kademeli olarak sıkılaştırılmasıyla elektrikli araçlar popüler hale geldi. 2010 yılında sadece 6.000 adet saf elektrikli ve plug-in hibrit model satıldı. Geçen yıl bu sayı 1 milyon birime yükseldi, ancak yine de Küresel otomobil satışlarının% 1'ini oluşturuyor.
McKinsey, 2030'dan önce dünya çapında 340 milyon elektrikli aracın (binek otomobiller, kamyonlar ve otobüsler dahil) üretilip satılacağına inanıyor.
Böylesine büyük bir pazar, pil fabrikalarının her yerde çiçek açmasına da izin veriyor. Benchmark Mineral Intelligence verilerine göre Tesla Gigafactory'nin pil kapasitesi son sekiz yılda on kat arttı ve yıllık pil üretimi 41 gigawatt saate ulaşabilir. Başka bir deyişle, batarya "21. yüzyılın petrol varili" olacak.
Endüstri yeni pil teknolojisinin doğuşunu dört gözle beklese de, geleneksel lityum iyon pillerin başarıları silinemez. Bu pil 1980'lerde Oxford Üniversitesi'nde doğdu ve onu icat eden Amerikalı profesör John Goodenough şu anda 96 yaşında. Yapma
Söylemeye gerek yok, lityum iyon pil 20. yüzyılda bilim ve teknolojinin zirvesidir.Taşınabilir elektronik cihazların geniş çaplı popülerleşmesinin temelidir, bu nedenle elektrikli araçlar için bir standart haline gelmesi mantıklıdır.
Bununla birlikte, Sony'nin 1991'de lityum iyon pilin inişine başarıyla yardım etmesinden sonra, bu teknoloji büyük ölçüde geliştirilmedi. Zimmerman, artık tüm insanların hayatını yönlendiren lityum pilin tavana ulaştığına inanıyor. "Kim cep telefonunun daha fazla beklemesine izin vermek istemez ve patlama tehlikesi yoktur?" Dedi. "Bana göre, lityum iyon piller çıkmaza girdi. Mevcut teknik koşullar altında, iyileştirmeye neredeyse hiç yer yok."
Pil takımı temel olarak dört bölümden oluşur: pozitif ve negatif elektrotlar, sıvı elektrolit ve ayırıcı.
Pozitif elektrot dikkatle işlenmiş bir metal oksit bulamacına sarılır, esas olarak dört metal kullanılır: lityum, kobalt, nikel ve mangan. Pil boşaldığında, lityum iyonları pozitif elektroda akarak akım oluşturur. Pil şarj edildiğinde, lityum iyonları genellikle grafitten yapılan negatif elektroda geri döner.
Peki ya kobalt yoksa? Çok ciddi sonuçlar.
Kobaltın varlığı bataryanın aşırı ısınmasını engelleyebilir, aynı zamanda batarya stabilitesinin zirvesidir.Kobalt içermeyen bir batarya uzun yıllar güvenle şarj edilemez ve deşarj edilemez. Elbette pillerde kullanılan metal malzemelerin en pahalısı da kobalt nedeniyle elektrikli araçların fiyatları uzun yıllar düşülemez.
Londra'da bir ekonomi ve yatırım bankası olan Liberum'daki bir analist, bir kilogram pil katot malzemesinde kobaltın 12 dolar değerinde olduğunu, lityumun "başlıklı" malzemesinin gerçekte 8 dolar ve başka bir malzemenin, nikelin sadece 5 dolar değerinde olduğuna dikkat çekti.
Bataryada kullanılan metal, toplam maliyetin dörtte birini oluşturuyor. Idaho, Alaska ve Avustralya'da yeni kobalt madenleri keşfedilmiş olsa da 2020'ye kadar üretime alınmayacaklar.
Daha az kobalt mı kullanıyorsunuz yoksa kobaltı tamamen ortadan kaldırmak mı?
Sonuç olarak Zimmerman, bir malzeme bilimci olarak, enerjisini geleneksel lityum pillerin ana suçlusu olmasına rağmen, nispeten düşük bir geliştirme elektrolit seviyesine adadı.
Ona göre, mevcut sıvı elektrolit katı bir elektrolit ile değiştirilirse, bataryanın güvenliği büyük ölçüde artacak ve ağırlık azalacaktır (mevcut elektrikli araçlar "ilerlemek için" 600 kg'lık bir batarya paketi taşımak zorunda bile). En önemli şey, bunun kobalt miktarını azaltabilmesi ve hatta bu metali işlem denkleminden tamamen çıkarabilmesidir.
* Yeryüzündeki kobalt rezervlerinin% 60'ı Demokratik Kongo Cumhuriyeti'nde dağıtılmıştır (AFP'den alınan resim)
Ünlü İngiliz bilim adamı Michael Faraday, aslında 1830'larda dünyanın ilk iletken katısını keşfetti, ancak yine de pil içinde normal şekilde çalışmıyor (oda sıcaklığında).
Aralıksız çabalarla Zimmerman, iletken katıların bıraktığı konumu doldurmak için bir polimer malzeme geliştirdi.
Katı hal pil çözümü arayan Joy, "Aslında sıradan bir plastik ruloya benziyor ve plastik deliklerle dolu" dedi. "Ancak, gerçekten uygulanabilir olan, gerçekten de uzun zamandır beklenen yeni bir teknoloji."
Danışmanlık firması Wood Mackenzie'nin verilerine göre, Toyota ve Mercedes-Benz gibi otomobil devlerinin yanı sıra Dyson Group, katı hal piller geliştiriyor (Zimmerman da bir tür katı hal pilidir) Bu yılın ilk yarısında, bu alandaki yatırım 400 milyon ABD dolarına ulaştı. Wood Mackenzie, katı hal pillerin 2030 yılına kadar elektrikli araç endüstrisinin ana akımı haline geleceğine inanıyor, ancak bu teknoloji 2025'e kadar gerçekten iniş yapamayabilir.
Oxford Üniversitesi'nde malzeme profesörü olan Peter Bruce, "Saf katı hal pillerin ticari kullanımı hala birçok zorlukla karşı karşıyadır." "Neyse ki, bu sorunlar yavaş yavaş çözülüyor."
Ionic, batarya teknolojisinde bir atılım yapmak isteyen bir dizi start-up şirketten biridir, ancak batarya endüstrisinden sıyrılmak kolay değildir.Pittsburgh'da bir tuzlu su bataryası şirketi olan Aquion Energy iflas ilan etti ve geçen yıl Mart ayında Bilge'yi yeni almıştı. Yatırım.
Aynı zamanda pil şirketleri de kobalt miktarını azaltmaya çalışıyor. Panasonic'in otomotiv sektörü başkanı Yoshio Ito, geçtiğimiz ay Tokyo'da yaptığı röportajda şirketin önümüzdeki 2-3 yıl içinde Tesla pillerindeki kobalt miktarını azaltmaya kararlı olduğunu söyledi. Tesla ayrıca, "şirketin yakın gelecekte sıfır kobalt malzemesi hedefine ulaşmayı umduğunu" söyledi.
Çoğu otomobil üreticisi de harekete geçiyor. Kobalt yerine daha fazla nikel koymak ve kobalt miktarını dörtte üç oranında azaltmak istiyorlar.Bu geliştirilmiş lityum piller, önümüzdeki birkaç yıl içinde kademeli olarak piyasaya girecek.
Carnegie Mellon Üniversitesi profesörü Venkat Viswanathan, sıvı elektrolit sınırının henüz gelmediğini, Ionic'in yöntemine ek olarak birçok pil üreticisi de bu yolda pratik çözümler bulduğunu söyledi.
Bununla birlikte, düşük kobaltlı piller üretmenin bir yolu bulunsa bile, elektrikli araçlara olan talebin artması yine de teknisyenlerin çabalarını telafi edecek ve kobalt talebinin 2025 yılına kadar iki katına çıkması bekleniyor. Viswanathan, "Kobalt kullanmamak hiç zordur ve düşük dozaj uygulanabilir." Dedi.
* BYD pil montaj hattı (Reuters'ten resim)
Zimmerman'a göre, sözde düşük kobaltlı pilin de kendi sorunları var, çünkü hala yüksek bir yangın riski taşıyor ve pahalı izleme teknolojisiyle kullanılması gerekiyor.
Ayrıca, düşük kobaltlı bir pilin katoduna bazı çivilerin delindiği (hala bir sıvı elektrolit kullanılarak) ve ardından pilin alevler içinde patladığı bir araştırma videosu yayınladı. Pil tutuştuktan sonra zehirli gaz açığa çıkacaktır, bu yüzden onu öldürmek istiyorsanız özel anti-virüs kıyafetleri giymeniz gerekir. "Temelde güvensiz." Dedi.
Zimmerman, "Kobalt çok pahalı ve bunların çoğu Demokratik Kongo Cumhuriyeti'ndeki atölyelerden geliyor, bu nedenle herkes kobalt miktarını azaltmaya çalışıyor." "Bununla birlikte, kobalt daha az kullanılırsa, pozitif elektrotun voltajı artacaktır. Önceki teknikteki sıvı elektrolit bu kadar yüksek voltajda çalışamaz, ancak bizim polimer malzemelerimiz yapabilir."
Ionic, pozitif elektrotta kobalt olup olmadığına bakılmaksızın kendi polimer malzemelerinin test edildiğini ve bu teknolojinin bir an önce inmesi için diğer üreticilerle işbirliği yaptıklarını söyledi. Başarılı olursa, bu malzeme birkaç yıl içinde akü tedarik zincirine girerek elektrikli araçlar için bir standart haline gelebilir.
İnternetin doğuşuna birçok kod katkıda bulunan Sun Microsystems'in kurucusu Bill Joy, bu tür teknolojinin iklim değişikliğini ele almak için de çok önemli olduğuna inanıyor. Mevcut pil malzemesi kombinasyonu "gerçekten sınırına ulaştı".
"Sony gerçekten de lityum pillerin uygulanmasına katkıda bulundu, ancak yeterince zengin olmayan güvenlik, maliyet ve kobaltı bıraktılar. Kongo'nun kobalt, dünyayı elektriklendirmek için yeterli değil. "Joy dedi.
Lei Feng tarafından önerilen okuma:
McKinsey, en çok satan 10 elektrikli araç söküldü, elektrikli araçlarda 5 büyük trend açıkladı
