انقلاب صنعتی دیگری در راه است؛ ذخیره انرژی باتری‌ها برای زندگی سبز

در طول دهه اخیر موج عظیم تولید باطریهای یون-لیتیوم باعث سقوط 85 درصدی قیمت این محصولات در بازار گردیده و به موازات این افت قیمت برای اولین بار در تاریخ، ساخت خودروهای الکتریکی و همچنین ذخیره سازهای بزرگ انرژی از نظر اقتصادی به صرفه شده است. باطریها کلید تحول و گذر از وابستگی به سوختهای فسیلی هستند و نقش بزرگی را در آینده پیش روی ما بازی خواهند کرد.

اقتصاددانان بزرگ اینطور پیشبینی میکنند که در طی ده سال آینده ، بازار ذخیره انرژی در آمریکا میتواند تا رقم 425 میلیارد دلار رشد کند.شرکتهای متنوعی مانند شرکتهای شیمی محور ، سازنده سلولهای باطری ، سلولهای خورشیدی ، و شرکتهای تابعه، زیر مجموعه این صنعت عظیم قرار خواهند گرفت.

ایجاد و بهره برداری از این فرصت اقتصادی بزرگ که در زمینه کنترل بر سیستمهای انرژی مبتنی بر باتری است مستلزم آن است که برنامه ریزان سیاست گذاران و سرمایه گذاران تصمیماتی با رویکرد اکوسیستم برای توسعه این بازار اتخاذ کنند.

یک دهه تغییر چه تفاوتی میتواند در زندگی ما ایجاد کند؟

درسال 2010 باطریها انرژی مورد نیاز  موبایل و کامپیوترها را تامین میکردند. در پایان این دهه، باتریها توان حرکت خودروها و برق مورد نیاز خانه ها را نیز تامین میکنند.

در پایان ده سال اخیر موج تولید باطریهای یون-لیتیوم قیمت را برای اولین بار در تاریخ به نقطه ای رساند که تولید اتومبیلهای برقی هم از نظر قیمت و هم از نظر کارایی به سطحی ارزشمند و اقتصادی رسیدند. در قدم بعدی و آنچه که در افق پیش روی این صنعت دیده می شود ذخیره سازی بیشتر در ابعادی کمتر است که به این صنعت عمومیت بیشتری خواهد بخشید.

با جدی تر شدن بحران آب و هوا  باطری ها کلید انتقال به جهانی با سوخت تجدید پذیر هستند. سلولهای خورشیدی و باد نقش بزرگی در تولید برق دارند. اما بدون تکنیکهای پایدار ذخیره انرژی ، ما باز هم به گاز طبیعی و ذغال سنگ برای زمانهایی که آفتاب نمی درخشد یا بادی نمی وزد نیازمند خواهیم بود. پس اگر ما بخواهیم از جهانی وابسته به سوختهای فسیلی دور شویم ، باید به ذخیره سازهای بزرگ انرژی دست پیدا کنیم. اقتصاددانان بر این باور هستند که در طی دهه پیش رو، قیمت ذخیره سازهای انرژی بین 66% تا 80% سقوط خواهد کرد و در روبرو بازار این بخش به رشد عددی 425 میلیارد دلار فقط در آمریکا دست پیدا خواهد کرد. در طی این مسیر تمام اکوسیستم در جهت رشد و توسعه عصر جدیدی از باطریها پیش خواهند رفت و اثرات آن در کل جامعه احساس خواهد شد.

تغییر شبکه برق

به عنوان مثال، اگر خودروهای برقی از آنچه انتظار میرفت سریعتر رشد کنند بالاترین میزان تقاضای نفت هم زودتر از انتظار بدست خواهد آمد و پس از آن شیب منفی در تقاضای نفت دیده خواهد شد. به موازات این مسئله، تولید بیشتر انرژیهای پاک باعث تغییر ترکیب شبکه برق خواهد شد. اخیرا در یادداشتی از تحلیلگران Cowen ( محققین بازار سرمایه ) این ادعا ثبت گردید که "در ده سال آینده تغییراتی بیش از صد سال قبل رخ خواهد داد "

با توجه به رویکرد حمایتی دولتها در جهت انرژیهای پاک و تجدید پذیر، بازار رو به رشد ذخیره ساز های انرژی با کمبود سرمایه گذاری روبرو نخواهد شد اما فضای اقتصادی تولید باطری همیشه بهترین بازده را برای سرمایه گذاران نخواهد داشت چندین شرکت تولید کننده باطری ورشکسته شده اند  و این واقعیت جاری بر بازار  نشاندهنده این موضوع است که محصولی که همیشه در حال تغییر است ممکن است همیشه در شیب درآمد زایی نباشد.

جو اوشا از بانک JMP  در این زمینه می گوید: سرانجام این صنعت ، بدست مدیرانی خواهد رسید که توان بیشتری در درآمدزایی در این مسیر را دارند و هدف اصلی آنان در 5 تا 10 سال آینده کاهش قیمت برای تولیدکنندگان خودروهای الکتریکی خواهد بود البته مطمئن نیستم که قصد داشته باشند تا سهامداران خود را نیز در این سود آوری شریک کنند. طبق این گفته ها  سرمایه گذاری در شرکتهای باطری سازی کمی دشوار است. البته برای همه شرکتها در مسیر تبدیل جهان به دنیای کم کربن موقعیتهای سودآوری وجود دارد.

به عنوان مثال  "sunrun " بزرگترین شرکت سلول خورشیدی خانگی در آمریکا است و "NextEra Energy"  نیز یکی از بزرگترین شرکتهای انرژی تجدیدپذیر در آمریکا در حال حاضر در حال ساخت ذخیره سازهای انرژی در مقیاس نیاز خود هستند.

تغییر در سیستمهای کنترل انرژی مبتنی بر باطری مستلزم آن است که نه تنها برنامه ریزان و سیاست گذاران بلکه سرمایه گذاران نیز رویکردی اکوسیستم محور در پیش بگیرند. رویکردی بر مبنای تولید انرژیهای پاک.

باطریها ستاره های جدید علوم

تکنولوژی باتری‌ها در ساده ترین حالت ممکن به تاریخ دو قرن پیش برمی‌گردد . کلمه باتری به خودی خود اسمی جامع است برای هر نوع باتری با هر شکل ، سایز و نوع  مثلا :

• lead-acid
• nickel-iron
• nickel-cadmium
• nickel-metal hydride
• Lithium-ion

باطری‌های lithium-ion  که توانایی شارژ مجدد دارند – اولین بار در سال 1970 بوجود آمدند و اولین بار در سال 1991 توسط سونی برای دوربین‌های دستی به بازار ارائه شدند. این باطری‌ها امروزه در همه چیز وجود دارند از آیفون تا تجهیزات پزشکی، از هواپیما تا ایستگاه فضایی بین المللی و...شاید بزرگترین نشانه از میزان ارزش و نقش این باطری‌ها در زندگی امروز ما این باشد که جایزه نوبل شیمی 2019 به سه دانشمندی تعلق گرفت که در مورد باطریهای lithium-ion  تحقیق می‌کردند.

در طول قرن گذشته توسعه باتریهای  lithium-ion  بسیار سریع پیش رفت. امروز میتوانیم اکتشافات بزرگی را در آینده پیش‌بینی کنیم.

در اکتبر 2019 اکادمی سلطنتی علوم سوئد اینطور نوشت:  بدون شک این پیشرفت‌های غیر منتظره در آینده در زندگی ما تاثیرات مثبت زیادی خواهد داشت نه تنها برای راحتی ما، بلکه برای احترام به محیط زیست و نهایتا تداوم زیست در سیاره ما.

خودرو‌های الکتریکی و طی کردن فاصله‌ها

تسلا اولین شرکت اتومبیل سازی بود که در سال 2008 با معرفی یک اتومبیل تمام برقی، ساخت این وسیله نقلیه را تجاری سازی کرد. خودروسازان تا قبل از این، در تلاش برای  ساخت اتومبیل‌های هیبریدی بودند و علاقه ای  به تولید این دست ماشین‌های تمام برقی که هزینه زیادی در برداشت ، نداشتند. اما سلیقه مصرف کنندگان طی دهه گذشته تغییر کرده است . مخصوصا در اروپا که قوانین سختی بر تولید اتومبیل‌های مبتنی بر سوخت پاک حاکم است و خودرو سازان بر مبنای این سلیقه و قوانین مجبور به پیگیری تولید این خودروهای پاک هستند. تقریبا تمام خودروسازها در سبد محصولات خود نمونه ای تمام برقی یا حداقل هیبریدی را دارند یا برنامه ای برای ساخت آن پیش بینی کرده اند.

در ماه نوامبر 2019 فورد از خودرو تمام الکتریکی خود به نام Mustang Mach-E رونمایی کرد. این خودرو بخشی از برنامه 11 میلیارد دلاری این شرکت برای توسعه 40 مدل خودرو تمام برقی و هیبریدی تا انتهای سال 2022 میباشد. خودرو ساز بزرگ دیگر ، فولکس واگن در ماه مارس 2019 هدف گزاری 50 مدل خودرو برقی  را به 70 مدل جدید تا سال 2028 ارتقا داد.

نمودار مقایسه‌ای که نشان میدهد که با گذر زمان و پیشرفت در تکنولوژی تولید و بالا رفتن ظرفیت باتری‌ها ، قیمت آنها در حال کاهش است.

قیمت هر بسته باطری در مقیاس تولید ، به ازای هر کیلووات ساعت در نظر گرفته میشود . طی ده سال گذشته ، با بالا رفتن میزان تولید ، قیمتها کاهش یافته است. طی تحقیقات بلومبرگ ، امروزه هر کیلووات ساعت باطری حدود 156 دلار قیمت دارد. که این قیمت از ابتدای دهه 85% کاهش قیمت را تجربه کرده است. ابتدای دهه قبل این میزان کیلووات ساعت قیمتی معادل 1100 دلار داشت.هدف گذاری تا سال 2024 رسیدن به قیمت 100 دلار بر این مقیاس است. در نهایت روزی خواهد رسید ک قیمت وسایل نقلیه برقی با قیمت وسایل نقلیه احتراق داخلی برابر خواهد شد. و این پیشرفت بسیار چشمگیری خواهد بود.

جفری آزبورن یکی از معروفترین تحلیلگران بازاربرای مشتریان  اینگونه مینویسد : اگر چه مفهوم وسیله نقلیه الکتریکی جدید نیست ، اما آنچه در این چرخه تولید متفاوت است ، وجود باتریهای قابل اعتماد و کم هزینه است که دارای انرژی و توان عالی هستند و در عمل به کار گرفته می‌شوند.

فروش جهانی اتومبیل‌های برقی و هیبریدی ، در سال 2018 به عدد 1.98 میلیون عدد دست یافت. طبق گزارش آژانس بین المللی انرژی تعداد کل اتومبیل‌های برقی در جاده ها به 5.1 میلیون دستگاه رسید که عدد بسیار کمی از یک میلیارد اتومبیل در حال حرکت میباشد. اما این عدد رشد خواهد کرد . بلومبرگ اینطور پیش بینی میکند که تا سال 2040 ، 57% درصد کل فروش اتومبیلهای مسافرتی به برقی‌ها اختصاص خواهد یافت و این باعث میشود تا آن سال کل ناوگان برقی به 30% کل برسد.

تسلا در حال حاضر بزرگترین تولیدکننده وسایل نقلیه برقی در جهان است. این شرکت در پایین آوردن قیمت باتری‌های تولیدی خود بسیار موفق بوده است و کاهش قیمت در تولید ناشی از ایجاد بالاترین فشار ممکن بر خط تولید خود در کارخانه نوادا است. که تقریبا در اوج راندمان به‌سر میبرد.البته نباید نقش یارانه های دولتی را در این حجم تولید فراموش کرد.

در باطری‌ها دو عامل بسیار مهم تاثیر گزارند

1 – دامنه حرکتی خودرو در مقیاس انرژی ذخیره شده

2 – سرعت شارژ باتری‌ها

و این امتیاز تسلاست که توان بیشتری را از حجم باتری های موجود در اتومبیل‌های خود تولید میکند

مدل 3 سایز کوچک تسلا ست. که با قیمت 39999 شروع میشود. و این قیمت هنوز گران است. باز هم باید برای برد حرکتی بیشتر با یک بار شارژ تلاش کند تا با این قیمت با یک خودرو کوچک سوخت فسیلی برابری کند. پیشبینی میشود تا دو یا حداکثر سه  سال آینده این اتومبیل با هم سایزهای سوخت فسیلی خود که در مناطق با قیمت بالای نفت حرکت میکند ، از لحاظ قیمتی توجیه پذیر شود.

فرصت‌های سرمایه گذاری در زنجیره تامین باتری

دلیل اصلی گرانی وسایل نقلیه برقی هزینه مواد اولیه برای ساخت باتری‌هاست. علاوه بر لیتیوم ، کبالت و گرافیت برای باتریهای لیتیوم یونی ، فلزاتی مانند نیکل ، آلومینیوم و منگنز نیز مورد نیاز است.امروزه نیاز صنایع اتومبیل سازی به لیتیوم از کل نیاز صنایع الکترونیک در دنیا به این عنصر پیشی گرفته است.و در آینده ای نه چندان دور تقاضا در این بازار از تولید بیشتر خواهد شد.

وقتی نوبت به ساخت سلولهای باتری می‌رسد مسیر تولید به آسیا کشیده می‌شود . شرکتهای بزرگی چون Panasonic , CATL , LG Chem و BYD  چین در حال درآمد زایی هستند. Panasonic  با تسلا همکاری می‌کند و LG Chem  باتری برای فورد و جنرال موتورز تولید می‌کند.

کارگران در خط تولید باتری lithium-ion  برای اتومبیلهای تمام برقی در کارخانه ای چین

تلفن خود را روشن میکنید تا خانه را روشن کنید

از ابتدا تقاضا برای باتری‌های بزرگتر و بهتر برای اتومبیلهای برقی یک رابطه نزدیک با سیستمهای ذخیره انرژی خانگی داشته است . مخصوصا  کم شدن قیمت سلول‌های خورشیدی که از یارانه دولتی هم برخوردار هستند ، خود عاملی شد ، ترغیب کننده و  اثرگذار ، برای مشتریانی ک بدنبال انرژی های پاک میباشند .

تحقیقات ، نشان میدهد  روند رو به رشد تولید و فروش سلولهای خورشیدی و باتریهای  خانگی  با همان شیب رشد تولید ماشینهای الکتریکی پیش رفته است.

نمودار رشد بازار ذخیره کننده های انرژی در آمریکا از سال 2012 تا 2024

تسلا نیز در این بازار سلول خورشیدی و باتری خانگی هم  کار خود را با باتری‌های Powerwall  آغاز کرده است و یا شرکت‌هایی مانند Enphase Energy باتری‌هایی ارائه می‌دهند که با سیستم‌های خورشیدی ادغام شده‌اند و این شرکت در سال 2019 ، 465% رشد داشته است.

قدم بعدی ذخیره سازی در مقیاس عمومی

با تمام این توضیحات ، بزرگترین بازار بالقوه ذخیره انرژی ، مصرف کنندگان انفرادی نیستند ، بلکه شرکتهای عظیم تجاری هستند. انرژیهای تجدیدپذیر مانند باد و خورشیدی ، انرژیهای فراوانی برای شبکه برق تولید میکنند . اما تازمانی که سیستم ذخیره انرژی موثری و پایداری نباشد ، ما متکی به سوختهای فسیلی خواهیم بود. ساده تر بگویم ، انرژی مورد استفاده شما در همین ثانیه ، دقیقا در لحظاتی قبل تولید شده است. ذخیره زیادی وجود ندارد.

بنابراین عرضه و تقاضا همیشه باید در حال تعادل بماند. اما با کاهش قیمت باتری ، بیشتر  شرکتهای عمومی در حال ادغام باتری های لیتیوم یونی در تامین کننده های برق مورد نیاز خود هستند. این باطری‌ها  جایگزین  اول تامین برق مورد نیاز ، بجای ژنراتورهای ثانویه هستند . ژنراتورهایی که معمولا در مواقع اوج مصرف روشن میشوند و  از گاز طبیعی یا گازوییل استفاده میکنند. بیمارستان در جایگزین کردن باتری‌ها بجای ژنراتورها اولویت دارند. افق دید در ده سال آینده نفوذ بیشتر و بیشتر باتری‌ها در شبکه برق را به وضوح نشان میدهد.

یک مزرعه برق خورشیدی و پروژه ذخیره انرژی در باتری مستقر هاوایی

به طور مثال شرکت Pinnacle west Capital  در ماه فوریه 2019 اعلام کرد که قصد دارد ذخیره باطری 850 مگاواتی را در آریزونا را در طی 5 سال ، بسازد. در حال حاضر بزرگترین نصب باتری لیتیوم یون در استرالیا واقع شده‌است . باتری ها تولید تسلا هستند. این سیستم عظیم دارای ظرفیت 100 مگاوات است. به گفته مسئولین سایت ، این باتری عظیم در اوج خروجی ، 30.000 خانه را برق رسانی میکند.کشور فرانسه که اداره کننده این سایت غول پیکر است اعلام کرد که قصد توسعه ای به میزان 50% دارد که توان این سایت را به 150 مگاوات میرساند.

این شرکتهای سازنده تجهیزات انرژیهای تجدید پذیر و مجریان این پروژه ها در کنار شرکتهای شیمی محور و مواد هستند که باعث میشوند  تولید و ذخیره انرژی باد و خورشیدی عملی شود .

بزرگترین ذخیره ساز برق حال حاضر دنیا واقع در جنوب استرالیا - ساخته شده توسط Tesla

دهه آینده

هزینه‌هایی که همچنان بالاست از جمله دلایل جلوگیری از ادغام شبکه باتری لیتیوم یون با شبکه اصلی تامین برق است. و عامل دیگر این است که این نوع باتری لیتیوم-یونی لزوما ممکن است بهترین انتخاب برای ذخیره انرژی در طولانی مدت نباشد . هنوز این نوع باتری‌ها میتوانند عامل آتش سوزی باشند و یا مثلا 50 % کبالت مورد نیاز که یکی از عناصر اصلی این باطری‌هاست از کشور کنگو که کشور بسیار بی‌ثباتی است تامین می‌گردد. و سر آخر اینکه بازیافت و تاثیرات زیست محیطی استخراج فلزات نیز از دیگر مواردی است که نمی‌توان از آنها به سادگی گذر کرد.

میلیاردها دلار سالیانه هزینه تحقیقات برای یافتن گزینه های دیگر می‌شود. باتریهای حالت جامد که مثلا بجای الکترولیت مایع از سدیم استفاده میکنند و باتری‌هایی که از  مخازن الکترولیت مایع ، جهت انباشت انرژی استفاده میکنند. اما فعلا هیچکدام بدون ایراد نیستند. نوع باتری که بالاخره برنده این تحقیقات می‌شود فعلا ناشناخته است . ولی آنچه غیر قابل اجتناب است ، تاثیر به چون و چرای باتری ها در زندگی آینده ما بر روی کره سبز خواهد بود.

[این مطلب توسط نویسنده میهمان نیما عربیان به رشته تحریر درآمده است.]