جون جابر- فايننشال تايمز –
سارع العلم إلى الإنقاذ من جائحة فيروس كورونا بوتيرة ملحوظة، مع انتشار اللقاحات الآن في العديد من البلدان. لكن التحدي العلمي الآخر الذي يعتبر حيويًا لصحة العالم يستغرق وقتًا طويلاً محبطًا: صنع بطاريات أفضل للسيارات الكهربائية.
«إنتاج خلايا البطارية هو المحدد الأساسي للمعدل الذي يبطئ مستقبل الطاقة المستدامة» مشكلة مهمة للغاية، غرد إيلون ماسك، مؤسس شركة Tesla ورجل تم ضغط قدمه على الأرض، هذا الأسبوع. لو كان المال والحماس فقط كافيين لحلها.
صانعو السيارات متحمسون: باعت فولكسفاغن سيارات كهربائية في أوروبا الغربية العام الماضي أكثر من شركة تسلا، على الرغم من معاناة فولكس فاجن مع التكنولوجيا في السنوات الأخيرة.
تدفع الحكومات عملية الانتقال: كارلوس تافاريس، الرئيس التنفيذي لشركة Stellantis، الشركة التي تشكلت من اندماج Fiat Chrysler و PSA، اشتكى من «اللوائح الضيقة الأفق» لصالح السيارات الكهربائية.
المستثمرون متحمسون: كانت القيمة السوقية لشركة Tesla التي بلغت حوالي 805 مليار دولار هذا الأسبوع أعلى من معظم منافسيها مجتمعين.
قفز تقييم QuantumScape إلى ما يقرب من 50 مليار دولار في الشهر الماضي (قبل أن يتراجع مرة أخرى) بعد أن كشفت الشركة عن نموذج أولي لخلية الحالة الصلبة يمكن تحميلها إلى 80 في المائة في 15 دقيقة.
لكن العلماء ما زالوا يعملون على مدى عقود طويلة من التحدي المتمثل في تطوير بديل عملي للبنزين.
خلقت الطبيعة شكلاً فعالاً من أشكال الطاقة على مدى ملايين السنين باستخدام الوقود الأحفوري – كثيف الطاقة وقابل للنقل. لولا الأضرار البيئية التي تسببها لكان من الصعب التغلب عليها.
يجب التغلب عليها، ولم يتبق سوى القليل من الوقت لاستبدال محركات الاحتراق الداخلي: تريد المملكة المتحدة التخلص التدريجي من المبيعات بحلول عام 2030.
تعد بطاريات الليثيوم المعبأة في السيارات الكهربائية تقدمًا كبيرًا على بطاريات حمض الرصاص، ولكن يظل بعيدًا الأسلوب من المثالي.
مقاييس زمنية
يختلف علم مواد البطاريات اختلافًا كبيرًا عن تقنية mRNA في لقاح BioNTech / Pfizer. ومع ذلك، فإن المقاييس الزمنية التقليدية لتطوير البطاريات والأدوية متشابهة: عقد أو أكثر من اكتشاف تقنية جديدة من خلال التطوير إلى الموافقة والتصنيع.
هناك ابتكارات مثيرة في البطاريات، من طبقة السيراميك الخاصة بـ QuantumScape إلى «الشحن السريع للغاية» لخلايا أيونات الليثيوم التي تقدمها StoreDot ، لكن ماسك محق في التركيز على الإنتاج – فلا تزال هناك قفزة مطلوبة لصنع ملايين البطاريات الجاهزة لوضعها في المركبات.
يقول بيلي وو، كبير المحاضرين في إمبريال كوليدج بلندن: «يختلف ما تفعله تسلا تمامًا عن المعامل – فنحن نصنع جراما أثناء إنتاجها أطنانًا. من السهل نسبيًا إنتاج نماذج أولية، ولكن من الصعب طرحها في السوق.
يؤدي استبدال الإلكتروليتات السائلة في البطاريات بالسيراميك إلى تحسين الأداء ولكن يمكن أن يجعل تصنيعها أكثر صعوبة.
تحتاج البطاريات إلى التقدم لأن الوقود الأحفوري مناسب تمامًا لتشغيل السيارات، ويرجع الفضل في ذلك جزئيًا إلى البنية التحتية التي تم بناؤها منذ إطلاق Ford Model T في عام 1908.
نحن نعتبر أنه من المسلم به أنه يمكننا ملء سيارة بالبنزين في بضع دقائق والقيادة لمئات الكيلومترات على خزان واحد.
كثافة طاقة البنزين – كمية الطاقة المخزنة في كل كيلوغرام – عالية جدًا مقارنةً ببطاريات الليثيوم أيون الأكثر تقدمًا. حتى عند ضبطه وفقًا لعدم كفاءة محركات الاحتراق الداخلي، ينتج البنزين أكثر من 10 أضعاف واط / ساعة لكل كيلوغرام.
المسابقة غير متكافئة
يتم إطلاق الطاقة من الوقود الأحفوري عن طريق حرقها، وانبعاث ثاني أكسيد الكربون الضار، ولكن لا يمكن السماح للبطاريات بالاشتعال.
يستخدم البنزين مرة واحدة فقط، ويتم إعادة شحن البطاريات عدة مرات. لكن السائق لا يزال يريد سيارة كهربائية تضاهي أداء البنزين.
لذلك، يجب تعبئة المزيد من الطاقة في كل بطارية؛ يجب أن تكون أرخص؛ يحتاجون إلى إعادة الشحن بشكل أسرع دون ضرر؛ يجب تمديد حياتهم؛ يحتاجون للعمل في نطاق أوسع من درجات الحرارة. علاوة على كل هذا، يجب أن يتم شحنها بالكهرباء النظيفة بدلاً من الطاقة التي تعمل بالفحم، وأن تصبح إعادة التدوير أسهل.
هذه مجموعة ضخمة من التحديات وهناك حاجة إلى الكثير من رؤوس الأموال – تم تخصيص أكثر من 300 مليار دولار لتصنيع سيارات كهربائية، وفقًا لأحد التقديرات، والرواتب مرتفعة لأي شخص يمكنه المساعدة في هذا الجهد.
لكن تحقيق أهداف إحداث ثورة في النقل يتطلب أكثر من النقد.
هذا هو المكان الذي تكون فيه اللقاحات مفيدة. بدت فكرة إمكانية ضغط اكتشاف الأدوية وتطويرها في أقل من عام بعيدة المنال في يناير الماضي. لكن العلماء قفزوا إلى العمل، وشكلت شركات الأدوية شراكات، وعمل المنظمون بشكل أسرع. انتصر جهد عالمي بين القطاعين العام والخاص.
هناك دروس في هذا التسارع، ليس تغيير مصدر الطاقة فحسب، بل البنية التحتية للنقل بأكملها أكثر صعوبة، ولكن ليس هناك وقت نضيعه.
