معمای زیست‌محیطی «لیتیوم»؛ باتری‌هایی که از نمکزار بیرون می‌آیند

فرادید| در میان رشته‌کوه‌های کوه‌های آند در جنوب غربی بولیوی، یک شوره‌زار سفید و درخشان به نام «سالار د اویونی» (Salar de Uyuni) قرار دارد. این شوره‌زار با سطوح وسیع آینه‌مانند و جو خشک، فلز قلیایی گرانبهایی را زیر خود پنهان کرده که برق دنیای مدرن را تامین می‌کند. 

به گزارش فرادید، Salar de Uyuni در «مثلث لیتیوم» قرار دارد که شامل آرژانتین، بولیوی و شیلی می‌شود. این منطقه دارای بزرگترین ذخایر لیتیوم جهان است که باتری‌های لیتیوم یونی را تشکیل می‌دهند که دستگاه‌های الکترونیکی مورد استفاده میلیاردها نفر در سراسر جهان را روشن می‌کنند. 

باتری‌های لیتیوم یونی قابل‌شارژ هستند و در وسایل نقلیه الکتریکی، گوشی‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها، مسواک‌های برقی و موارد دیگر از آن‌ها استفاده می‌شود. این باتری‌ها چندین فایده دارند که آن‌ها را نسبت به جایگزین‌ها به رهبر بازار تبدیل می‌کند. 

گزارشی در سال ۲۰۲۱ در مجله Nature پیش‌بینی کرد بازار باتری‌های لیتیوم یونی از ۳۰ میلیارد دلار در سال ۲۰۱۷ به ۱۰۰ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۵ افزایش خواهد یافت. 

باتری‌های لیتیوم یونی ستون اصلی وسایل نقلیه الکتریکی مانند تسلا هستند و به نگهداری کمی نیاز دارند چون برای حفظ عمر باتری خود نیازی به سیکل برنامه‌ریزی‌شده ندارند. آن‌ها همچنین چگالی و ولتاژ انرژی بسیار بالایی دارند و انرژی‌های تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و باد را ذخیره می‌کنند. 

لیندا گینز، تحلیلگر سیستم‌های حمل‌ونقل در آزمایشگاه ملی آرگون می‌گوید: «محرک بزرگ برای استفاده از باتری‌های لیتیوم یون، برای وسایل نقلیه الکتریکی است که وابستگی ما به سوخت‌های فسیلی را کاهش می‌دهند. برای تولید خود خودروها و به ویژه باتری‌ها، انرژی و منابع زیادی لازم است.» 

سمت چپ: داخل یک باتری لیتیومی، حلقه‌های مسی قابل مشاهده‌اند. برای ساخت یک باتری پرقدرت به فلزات زیادی نیاز است، اما لیتیوم و کبالت به عنوان دو ماده با کارکرد عالی ظاهر شده‌اند. 

سمت راست: یک خط مونتاژ داخل یک کارخانه BMW در آلمان خودروهای الکتریکی تولید می‌کند که با باتری‌های لیتیومی کار می‌کنند.

با توجه به انتشار گازهای گلخانه‌ای سالانه توسط بخش حمل و نقل، گینز استدلال می‌کند که این باتری‌ها ارزش هزینه زیست‌محیطی را دارند. اما برخی همچنان نگران هزینه‌های آن برای سیاره و خودمان هستند. 

معمای سازگاری با محیط زیست

با وجود مزایای باتری‌های لیتیوم یون، دانشمندان در مورد اثرات زیست‌محیطی آن‌ها با یک معما روبرو هستند. اگرچه درست است که این باتری‌ها انرژی تجدیدپذیر را تسهیل می‌کنند و انتشار کربن کمتری دارند، اما بدون اشکال هم نیستند. 

فرآیند به دست آوردن لیتیوم از طریق استخراج، برای محیط زیست مخرب است. پرسشی که باقی می‌ماند: چگونه می‌توان تخریب و آلودگی بجا مانده از استخراج را در ازای مواد معدنی گرانبهایی که اقتصاد سبز را میسر می‌کنند، توجیه کرد؟ 

از آنجا که لیتیوم وزن و شعاع اتمی کمی دارد، باتری‌ها دارای ولتاژ و ذخیره شارژ بالا در واحد جرم و حجم هستند. 

وزارت انرژی می‌گوید: «در حالی که باتری در حال تخلیه و ارائه جریان الکتریکی است، یون‌های لیتیوم را به کاتد آزاد می‌کند و جریانی از الکترون‌ها را از یک سو به سوی دیگر تولید می‌کند. هنگام وصل کردن دستگاه به برق، برعکس این اتفاق می‌افتد: یون‌های لیتیوم توسط کاتد آزاد می‌شوند و توسط آند دریافت می‌شوند.» 

یکی از روش‌هایی که مهندسان برای استخراج لیتیوم از آن استفاده می‌کنند، استخراج آب‌نمک است که شامل حفاری در رسوبات آب نمک زیرزمینی و سپس پمپاژ آب نمک به سطح می‌شود. سپس، آب‌نمک به حوضچه‌های تبخیر فرستاده می‌شود، جایی که محتوای آب تبخیر می‌شود و کنسانتره لیتیوم باقی می‌ماند که سپس استخراج می‌شود. 

با این حال، گزارش‌ها از مثلث لیتیوم در مورد اثرات نامطلوب زیست‌محیطی معدن‌کاری بسیار جدی است. 

یورونیوز گزارش می‌دهد که «تولید لیتیوم از طریق حوضچه‌های تبخیر، آب زیادی مصرف می‌کند، چیزی حدود ۲۱ میلیون لیتر در روز.» 

در بخش‌های بسیار خشک آمریکای جنوبی که استخراج معدن اتفاق می‌افتد، آب (یک منبع کمیاب) از جوامع محلی به عملیات معدنی هدایت می‌شود و این امر موجب آلودگی جدی ناشی از اسید سولفوریک و هیدروکسید سدیم و همچنین مشکلات کمبود آب می‌شود. 

به گفته شورای دفاع از منابع طبیعی، «اعضای جامعه استدلال می‌کنند که سطوح کاهش‌یافته آب در چاه‌ها، تالاب‌ها، آب‌های زیرزمینی و تالاب‌ها اثرات مخربی بر فعالیت‌های کشاورزی و دامداری آن‌ها داشته و آن‌ها شاهد افزایش مرگ‌ومیر فلامینگوها و شترها به دلیل آلودگی گرد و غبار ناشی از فعالیت‌های معدنی بوده‌اند.» 

لیتیوم در نمکزارهای صحرای آتاکامای شیلی خشک و فشرده می‌شود. لیتیوم به طور طبیعی در برخی از خاک‌های بیابانی وجود دارد، اما استخراج آن به مواد شیمیایی سمی نیاز دارد. دو گونه فلامینگو در این منطقه به واسطه استخراج لیتیوم در خطر هستند. 

آیا باتری‌های لیتیومی ایمن هستند؟ 

باتری‌های لیتیومی معمولاً برای افراد و خانه‌ها ایمن در نظر گرفته می‌شوند و تا زمانی که نقصی در باتری وجود نداشته باشد، به همان صورت کار می‌کنند. خرابی این باتری‌ها غیر معمول هستند، اما باتری‌های لیتیوم یونی قبلاً آتش گرفته‌اند. ژِنگ چِن، استاد فناوری نانو به نمونه‌ای اشاره می‌کند: آتش گرفتن یک تلفن همراه در یک پرواز. تسلاها هم آتش گرفته‌اند. در یک ایستگاه ذخیره انرژی در مونتِرِی، کالیفرنیا، خود باتری‌های لیتیومی آتش گرفته‌اند. 

وقتی باتری در حال سوختن است، گرما، فشار و گاز سمی ناشی از تبخیر از آن آزاد می‌شود. وقتی این گازها با باد مخلوط شوند، می‌توانند در جوامعی که مردم در آن زندگی می‌کنند پخش شوند. اگر استراتژی سبک‌سازی خوبی در طراحی این سیستم‌ها وجود نداشته باشد، مسئله نگران‌کننده خواهد شد. چند حادثه رخ داده است که در آن‌ها، خودروهای برقی در گاراژها آتش گرفته‌اند. این اتفاقات رایج نیستند، اما در هر صورت اتفاق افتاده‌اند. 

چن متقاعد نشده که همه خطرات را می‌توان رفع کرد: «آسیب مکانیکی ممکن است رخ دهد حتی اگر انتظارش را نداشته باشیم.» 

برای کاهش این خطر، اداره ایمنی و سلامت شغلی به مصرف‌کنندگان توصیه می‌کند «دستگاه‌ها و باتری‌های لیتیومی را پس از شارژ کامل از شارژر خارج کنند و باتری‌ها و دستگاه‌های لیتیومی را در مکان‌های خشک و خنک نگهداری کنند. همچنین، مصرف‌کنندگان باید باتری‌ها را بررسی کنند تا در صورت مشاهده نشانه‌های آسیب، آن را از هر ناحیه حاوی مواد قابل‌اشتعال دور کنند.»

مترجم: زهرا ذوالقدر