إنتاج بطاريات السيارات الكهربائية من مخلفات النفط
يعكف علماء أميركيون على تطوير تقنية صديقة للبيئة لإنتاج الغرافيت الاصطناعي المستعمل في إنتاج بطاريات السيارات الكهربائية باستعمال مخلفات النفط الخام.
السيارات الكهربائية
وتحتاج السيارة الكهربائية الواحدة إلى ما يتراوح بين 50 و100 كيلوغرام من الغرافيت لاستعمالها في الأقطاب الكهربائية السالبة للبطارية (الأنود)؛ وهو ما يزيد على نحو ضعف الليثيوم.
ومن أجل خفض الواردات وتحقيق أقصى استفادة من الموارد الأحفورية، تتعاون وكالة تابعة لوزارة الطاقة الأميركية مع جامعة “تكساس إيه آند إم” (Texas A&M) لتحسين تقنية تحويل كوك النفط إلى غرافيت عالي الجودة بكفاءة وطريقة مستدامة.
ورغم الآفاق الواعدة للتقنية بيئياً واقتصادياً؛ فإنها لم تخرج من معامل الاختبارات الأميركية، ويتطلب تطويرها سنوات من البحث ثم الارتقاء بها إلى المستوى التجاري.
إنتاج الغرافيت الاصطناعي
وتستهلك عملية إنتاج الغرافيت الاصطناعي من كوك النفط الكثير من الطاقة؛ إذ تتطلب درجات حرارة عالية تصل إلى 3 آلاف درجة فهرنهايت، وتستغرق وقتًا طويلًا، وتضر بالبيئة بسبب الانبعاثات الناتجة عنها.
وكوك النفط منتج ثانوي ناتج عن مخلّفات تكرير النفط الخام، ويحتوي على مستويات عالية من الكربون والكبريت.
أما الغرافيت الاصطناعي؛ فهو مادة تُنتَج من مواد غنية بالكربون، مثل كوك النفط، ثم تُعالَج وسط درجة حرارة عالية، وهي مكون رئيس في أنظمة تخزين الكهرباء مثل بطاريات الليثيوم أيون.
طريقة أكثر كفاءة وأقل انبعاثات
وفي تطور جديد، تتعاون جامعة “تكساس إيه آند إم” مع وزارة الطاقة الأميركية لتحسين تقنية تستهدف إنتاج الغرافيت الاصطناعي من كوك النفط بطريقة أكثر كفاءة وأقل انبعاثات.
وباستثمارات 3 ملايين دولار، سيطور القائمون على البحث التقنية المرتقبة على مدار 3 سنوات من الآن.
ومن شأن الطريقة الجديدة أن تستعمل درجات حرارة أقل، وتستغرق وقتًا أقل عند إنتاج الغرافيت الاصطناعي من كوك النفط باستعمال تقنية “تكون الغرافيت التحفيزي” وهي عملية تحويلية مرنة.
وبالمقارنة بالطريقة التقليدية لإنتاج الغرافيت الاصطناعي، تتميز الطريقة الجديدة بزيادة الإنتاجية وخفض انبعاثات الكربون مع تقليل التكاليف.
إنتاج الغرافيت من كوك النفط
وحظي مشروع إنتاج الغرافيت من كوك النفط بمنحة قيمتها 3 ملايين دولار من وكالة مشروعات الأبحاث المتقدمة للطاقة التابعة لوزارة الطاقة الأميركية (ARPA-E).
يأتي ذلك في إطار برنامج “فيجن أوبن” (VISION OPEN) الذي يستهدف تقنيات تحول الطاقة في القطاعات المهمة مثل الاندماج النووي وموثوقية شبكة الكهرباء وتطوير الكيماويات والوقود.
وبحسب بيان صحفي، حصلت منصة الطاقة المتخصصة على نسخة منه، تبحث الدراسة في سبل تطوير تقنيات جديدة لتحويل كوك النفط إلى غرافيت لاستعمال مواد التغذية الأحفورية في إنتاج مواد كربونية قيّمة بدلًا من استعمالها وقودًا يطلق الانبعاثات.
ويوضح الأستاذ بجامعة “تكساس إيه آند إم” ميكاه غرين، الأمر بقوله إن إنتاج الغرافيت من كوك النفط باستعمال المحفزات مفيد لتطبيقات بطاريات السيارات الكهربائية وتقليل اعتماد الولايات المتحدة على الواردات.
وأكد إجراء بعض التجارب الأولية على نطاق المختبرات الأكاديمية، لكن تحويل التقنية إلى صناعة سيتطلب إثبات إمكان تنفيذها على نطاق أكبر.
بدوره يقول الأستاذ بالجامعة فاروق حسن إن التقنية الجديدة تستهدف حل معضلة التحديات أمام توسع التقنيات الجديدة؛ بسبب شح التصميمات الموثوقة وتقديرات الجدوى التقنية والاقتصادية على مستويات مختلفة.
ولذلك تتولّى المجموعة البحثية التي يقودها الدكتور حسن إعداد نماذج حوسبية ومحاكاة التقنيات الناشئة وتحسينها، فضلًا عن تحديد أفضل سبل التصميم والقابلية للتشغيل.
وإذا أثبتت التقنية جدواها؛ فإن شركة “أو إكس بو كربون” (Oxbow Carbon) ستُجري أعمال تقييم مبدئية لمعالجة كوك النفط على نطاق واسع لإنتاج الغرافيت الاصطناعي من خلال تشغيل محطات تجريبية تختبر التقنية.