הטכנולוגיה המהפכנית שתייצר סוללות נקיות יותר?

על פי התחזיות העדכניות, רעש גרגור המנוע שמגרה רבים מחובבי הרכב ואיתו גם המחנק שמפיק האגזוז צפויים להפוך לנדירים יותר ויותר - וחצי מכלל מכוניות הנוסעים בעולם יהיו חשמליות עד 2035. כמה מענקיות הרכב, כמו ג'נרל מוטורס ואודי, כבר הכריזו שבכוונתן להפסיק לחלוטין את ייצורן של מכוניות בהנעת דלקי מאובנים עד שנה זו. אומנם מדובר במהלך שאמור להיטיב עם הסביבה ועם בריאות האדם, בשל ההפחתה בפליטות המזהמות שהוא יביא איתו, אך טמונה בו גם בעיה: כדי להסתמך על חשמל במקום על דלק, מכוניות זקוקות לסוללות שעשויות ממתכות, ובראשן ליתיום (שמשמשת בייצור סוללת הליתיום-יון ששולטת בשוק) - שתהליך הפקתה מורכב, יקר וגורם לנזקים סביבתיים.

כעת, מיזם חדש בשווי 2 מיליארד דולר שהותנע לאחרונה על ידי חברה אוסטרלית צפוי להוביל להפקת ליתיום באופן ישיר ממי תהום בעמק הריין העילי, שממוקם לצד היער השחור בגרמניה, באופן שצפוי לדברי החברה להיות זול וידידותי יותר לסביבה, ולספק ליתיום עבור מיליון כלי רכב חשמליים בשנה עד 2024.

ב-2020, שלוש יצרניות הליתיום הגדולות בעולם היו אוסטרליה (שבה יוצרו 40 אלף טון), צ'ילה (18 אלף טון) וסין (14 אלף טון). אומנם הסוללה של כל מכונית עושה שימוש בכ-8 קילוגרמים בלבד של ליתיום, וכיום אספקת הליתיום עונה על הדרישות של התעשייה - אבל על פי התחזיות, בעשור הקרוב צפויה עלייה של פי 10 בדרישה העולמית לליתיום. דו"ח של סוכנות האנרגיה העולמית מהשנה שעברה מזהיר מפני עליית מחירים חדה ומחסור אפשרי בליתיום, שעלול לפגוע במעבר לאנרגיה ממקורות מתחדשים, ואף קורא למדינות ברחבי העולם לפעול נמרצות כדי להבטיח את אספקתה של המתכת.

"ליתיום הוא יסוד נדיר יחסית, והריכוז שלו בקרום כדור הארץ עומד על כ-5-2 אלפיות האחוז", מסביר פרופ' יאיר עין-אלי, דיקן הפקולטה למדע והנדסה של חומרים בטכניון. מעבר לכך, לדבריו, כדי שהליתיום יוכל לשמש כרכיב מתכתי בסוללות, יש צורך בעיבוד רב. "בשל היותו המתכת הפעילה ביותר בטבע, ליתיום לא מצוי בטבע בצורה של מתכת, כמו זהב או מתכות אצילות אחרות, אלא בצורה של מלח - כלומר, מעורבב עם חומרים נוספים וטעון חשמלית. כדי להביא את הליתיום מהטבע לתצורה שבה אנחנו יכולים להשתמש בו בסוללה צריך קודם כל לטהר אותו מהחומרים האחרים, ולאחר מכן להעביר אותו תהליך אלקטרוליזה (פירוק כימי של חומר באמצעות זרם חשמלי, י.ש.) שמשנה את המטען החשמלי שלו והופך אותו לליתיום מתכתי. התהליכים הללו מורכבים למדי ודורשים אנרגיה רבה, ולכן מחירו של הליתיום מתכת גבוה בערך פי 10 ממחירו של הליתיום שמצוי בטבע".

שני התהליכים המרכזיים שבאמצעותם ליתיום מופק כיום גורמים לפגיעה סביבתית. באוסטרליה, הליתיום נכרה במכרות פתוחים, תוך שימוש בתהליכי הפרדה וטיהור מורכבים שעלותם האנרגטית גבוהה. ובצ'ילה, מים עשירים בליתיום נשאבים ממאגרים תת-קרקעיים ולאחר מכן עוברים תהליך ארוך של אידוי בבריכות על פני הקרקע, שמותיר תמיסה עשירה בליתיום שדורשת עיבוד - זאת תוך שימוש במים מתוקים רבים, שלעיתים נמצאים במחסור באזורי ההפקה.

לדברי החברה האוסטרלית Vulcan Energy, שמובילה את המיזם החדש בעמק הריין, הטכנולוגיה שלהם תאפשר להימנע מהנזקים הסביבתיים של ייצור הליתיום, ולספק את המתכת בכחצי ממחיר העלות הנוכחית. ה"סוד" של המיזם הוא הקמת תחנות כוח גאותרמיות, כמו אלה שקיימות כבר עשרות שנים באזור, שבהן מופק חשמל בצורה מתחדשת על ידי שאיבת מים חמים ממעמקי הקרקע ושימוש בחום להנעת טורבינות קיטור. המים שנשאבים בתחנות הכוח עשירים בתכולת ליתיום, אך עד כה עובדה זו לא קיבלה התייחסות. חברת Vulcan Energy מתכננת להשתמש בחצי מהאנרגיה המתחדשת שתופק במפעלים הגאותרמיים שהיא תקים כדי לחלץ את הליתיום מהמים. לטענת החברה, התהליך הייחודי שהיא פיתחה לחילוץ ישיר ומהיר של ליתיום מהנוזל הגולמי לא דורש בריכות אידוי ולא מייצר פליטות פחמן דו-חמצני בפני עצמו. גם לאחר עיבוד נוסף במפעל שני, שם הליתיום יעבור תהליך טיהור ואלקטרוליזה, החברה טוענת שתיוותר מספיק אנרגיה חשמלית גיאותרמית כדי לייצר אפיק הכנסה נוסף למפעלים - מכירת אנרגיה ירוקה לרשת החשמל האזורית.

על אף ספקות בנוגע להצלחת המיזם מצד מומחי השקעות בבורסה, בעיקר בשל העובדה שהוא כולל טכנולוגיה שמעולם לא נעשה בה שימוש בקנה מידה מסחרי, החברה זוכה לגב כלכלי מצידה של אשת העסקים ג'ינה ריינהרט, האישה העשירה באוסטרליה, והיא כבר חתמה על חוזה של חמש שנים עם פולקסווגן, וכן על חוזי אספקה עם חברות הרכב רנו-ניסאן-מיצובישי וסטלנטיס (הכוללת את פיג'ו, סיטרואן, אופל, קרייזלר ג'יפ ועוד) ועם יצרנית הסוללות הקוריאנית LG Chem. במפעל ניסוי קטן שהקימה החברה באזור עמק הריין בספטמבר נרשמה הצלחה בהפקת ליתיום באיכות שמתאימה לייצור סוללות, והייצור רחב ההיקף אמור להתחיל ב-2024.

המיזם המבטיח בגרמניה, ומיזמים בקליפורניה ובאנגליה שבהם יש תכנון לעשות שימוש בטכנולוגיה דומה להפקת ליתיום ממי תהום בעזרת מפעלים גיאותרמיים, עשויים להגדיל את אספקת הליתיום לעולם. עם זאת, כלל לא בטוח שכמות הליתיום שתופק בזכותם מספיקה כל עוד לא נלווה לתהליכים אלה גם שימוש חוזר במתכות שנמצאות בסוללות ישנות. ההערכה היא שכיום רק 5 אחוזים מסוללות הליתיום-יון ממוחזרות, על אף שנכללות בהן מתכות נדירות (שכוללות גם קובלט - מתכת יקרה במיוחד). הסיבה לכך היא שתהליך המחזור הוא איטי, יקר ומייצר חומרי פסולת מזהמים שבהם יש לטפל, כך שהיצרניות מעדיפות לרוב לוותר על המאמץ - ולייצר סוללות חדשות.

"תחום מחזור הסוללות נמצא עדיין בחיתוליו", אומר עין-אלי - אך הוא מספק גם סיבה לאופטימיות. "כמו שהיום אנחנו מצליחים למחזר 95 אחוז מכלל החומרים בסוללות העופרת-חומצה הוותיקות (שבהן נעשה שימוש למשל להתנעת כלי רכב, י.ש.), כך גם נגיע למצב הזה בתעשיית הליתיום-יון: מדינות שונות וחברות ענק החליטו לממן חברות שעוסקות במיחזור יעיל של סוללות בסוף חייהן, וככל שקצב הייצור של כלי רכב חשמליים ימשיך לגדול - נשתפר גם בכיוון הזה", הוא מסכם.

הכתבה הוכנה על ידי זווית - סוכנות הידיעות של האגודה הישראלית לאקולוגיה ולמדעי הסביבה