הסוללות שסוללות דרך לעתיד אקולוגי ירוק

סוללות על רקע חייל לגו ממלחת הכוכבים

לכל אחד יש לפחות אחת כזו אתו, הן נמצאות בכל מקום, החל מפנסי כיס וכלה במכשירי אל-פסק תעשייתיים… הכוונה היא, כמובן, לסוללות.
מצד אחד, מלוות הסוללות את הקדמה הטכנולוגית, ומאפשרות לנו להיות מחוברים בכל רגע ורגע הן לרשת החשמל והן לאינטרנט, אך מצד שני:
האם אנו רואים את המסלול שסוללות הסוללות הללו לסביבה שלנו?

כל המידע אודות השפעותיהן של סוללות על הסביבה והבריאות, ועל פתרונות אפשריים של חלופות אותן מפתחים כיום מדענים ברחבי לעולם – במאמר הבא.

סוללות הליתיום

השכיחות מהוות סכנה לסביבה סוללות הליתיום השכיחות מהוות סכנה לסביבה עוד לפני שנעמיק לבחון מקרוב את הנזקים הבריאותיים האפשריים שעלולים להתרחש כתוצאה מהשימוש הרווח בסוללות הליתיום המצויות, כאמור, במכשירי החשמל של כולנו, ראוי לציין שהליתיום עצמו הוא משאב מוגבל.

כלל לא ברור אם מאגרי הליתיום הקיימים יוכלו להמשיך ולספק את הדרישה לסוללות הרווחות, ועד מתי.
מנגד, תהליך המחזור של הסוללות כרוך בהשקעת אנרגיה רבה במהלך שריפת המתכות, במפעלים ייעודיים, הממוקמים באירופה וגובים כסף רב בעבור שירותיהם.

כריית הליתיום, ושאר המתכות הנדירות הכלולות בסוללות הליתיום-יון, כפי שהיא מתבצעת בסין, אחת ממדינות המקור העיקריות למשאבים אלו, כרוכה בזיהום חמור ביותר.
בתהליך הפקת המתכות, מועברים שקי אדמה ופסולת דרך שטיפות חומציות.

0.2% מהחומר שעבר את ההליך הכימי באמצעות חומצות יכיל את משקעי המתכות המבוקשות, ואילו 99.8% הנותרים, יוחזרו לאדמה כשהם מזוהמים.

סכנות התלקחות והתפוצצות של סוללות הליתיום סוללת הליתיום הנה גוף קטן האוגר בתוכו רמת אנרגיה גבוהה ביותר.

כתוצאה מכך, קיימת סכנה שצעצועים ומכשירים שונים המופעלים באמצעות סוללות ליתיום יתחממו, יתלקחו ואף יתפוצצו, במהלך הפעלתם או טעינתם.

הלכה למעשה, תקלה מסוג זה קרתה כבר, בשנת 1991, כאשר גבר נכווה בפניו כתוצאה מהתחממותה של סוללת ליתיום במכשיר הטלפון הנייד שלו.

ואמנם, מאז חלה התפתחות טכנולוגית בסוללות, שכבר אינן מבוססות על המתכת ליתיום עצמה.
אלא על יונים של ליתיום בלבד, בתוספת מחיצות ואמצעי הגנה נוספים, מה שמפחית במידת מה את הסכנה, אך לא מבטל אותה.

מטענים פגומים, חשמל סטטי ואף קצר – עלולים להרוס את ההגנה של סוללת הליתיום, ולגרום להתחממות יתר ואף התלקחות.

מחזור סוללות ליתיום מול סוללות חומצת עופרת

שטרה של 5 סוללות

מחקרים מראים כי סוללות חומצת עופרת (הדגם המסורתי המשמש במשחקים מהדור הישן ובמצברי רכבים שונים).
קלות יותר למחזור ביחס לסוללות ליתיום (הנטענות ונמצאות בשימוש נרחב במטענים, לפ-טופים ובמוצרים נוספים).

למרות שטעינתן של סוללות הליתיום מצריכה השקעת אנרגיה מצומצמת יותר, שיעורי המחזור שלה נמוכים בהרבה ביחס לאלו של סוללות חומצת העופרת.
זאת ועוד: מחקר מדעי נרחב, שנערך בשנת 2013 בארה"ב מצא כי סוללות המכילות ניקל (דגם נטען וקטן יחסית), קובלט (מרכיב עיקרי במגוון רחב של סוגי סוללות) ואלקטרודות המבוססות על ממס, הנן בעלות ההשפעה החמורה ביותר בכל הנוגע לדלדול משאבים טבעיים, התחממות כדור הארץ ורמת הרעילות האקולוגית.

עוד נמצא במחקר, כי ייצור, עיבוד ושימוש בתמיסות ניקל ותרכובות קובלט, כמו גם בליתיום, גורם לסכנות בריאותיות אצל אנשים הנחשפים להם.
אשר כוללות השפעות שליליות על הריאות ומערכת העצבים המרכזית.

חלופות ירוקות לסוללות הליתיום

אם כך, מסתבר שלא כל המוצרים שנחשבים ל'ירוקים' יותר אכן עומדים בהגדרה זו.
לאור סכנות אקולוגיות ובריאותיות הטמונות בשימוש בסוללות, על כלל סוגיהן, לרבות סוללת הליתיום הנטענת, שוקדים כיום מדענים ברחבי העולם על פיתוח חלופות ירוקות, בריאות ובטוחות יותר.

לפניכם מספר סוגים של סוללות חלופיות, ירוקות

ובעלות ערך אקולוגי חיובי, הנמצאות בשלבי פיתוח מתקדמים:

רשת ירוקה על רקע שחור

סוללות ליתיום וחומרים אורגאניים

מעבדות אנגסטרום באוניברסיטת אופסלה בשווייץ פיתחו דגם ייחודי המבוסס על סוללת הליתיום הנוכחית, בצירוף מספר חומרים ביולוגיים ממקור אורגאני מתחדש, כדוגמת שרף אורנים ואספסת.
תהליך המחזור של סוללות אלו, לרבות חילוצו של הליתיום מתוכן, הנו קל ובטיחותי יותר, ומתאפשר באמצעות טבילת הסוללה במים ובאתנול לאחר סיום חייה.

תא דלק מימני

אחת מטכנולוגיות החלופיות שנמצאות בפיתוח, הנן טכנולוגיה להנעת כלי רכב על בסיס מימן.
טכנולוגיה זו מבוססת על אנרגיה וחום המשתחררים מתגובה כימית של חמצן ומימן, וניצולם בעזרת תא אלקטרוכימי.
היות וייצור מימן עדיין מבוסס על דלק מאובן (פחם, גז ונפט), שהפקתו מזהמת, נעשים כיום ניסיונות להפיקו מאצות מהונדסות גנטית.

סוללות ליתיום-גופרית

סוללות אלו המצויות בשלבי מחקר ופיתוח שונים ברחבי העולם, מציעות קיבולת אנרגיה גבוהה ביותר ביחס לסוללת הליתיום המוכרת.
צפיפות האנרגיה של סוללות אלה תהיה גדולה בכ-30% ביחס לסוללות הקיימות, ובנוסף יכולת הפריקה שלהן מגיעה עד ל-100%, ללא פגיעה בתפקוד הסוללה (ביחס ל-80% פריקה בלבד של סוללת הליתיום הנוכחית).
מידת האקולוגיות של סוללות הליתיום-גופרית עדיין נחקרת.

סוללות גרפן

חומר כימי חדש זה, שהתגלה והופק לראשונה בשנת 2010 על ידי המדענים זוכי פרס הנובל לפיזיקה, קונסטנטין נובוסלוב ואנדריי גיים, הנו מוליך ביותר מבחינה חשמלית, חזק יותר מכל חומר אחר ביחס למשקלו, גמיש ודק.
סוללות גרפן יהיו למעשה סוללות ליתיום המועשרות בגרפן, אשר משפר את ביצועיהן.
מידת האקולוגיות של סוללות הגרפן עודנה בשלבים שונים של מחקר מדעי.

סוללות על בסיס חומצה הידרוכלורית וגופרית

תוספת של שני חומרים כימיים אלו לסוללות הליתיום המוכרות, מאפשר לייעל משמעותית את ביצועיהן.
ולהגיע לצפיפות אנרגטית הגבוהה ב-70% מהדגמים שרווחים כיום.
בנוסף, לסוללות אלו תהיה אפשרות לאחסן אנרגיה מתחדשת שמקורה הוא במשקים סולאריים ובחוות רוח, מה שהופך אותה לירוקה בהרבה.

סוללות ביו-אלקטרוניות

סוללות שדגם האב-טיפוס שלהן כבר יוצר בהולנד.
מסוגלות לעבד אצטט באמצעות חמצון על ידי אוכלוסיית חיידקים אנאירוביים, בתגובה כימית המשחררת אלקטרונים, ועל כן מספקת אנרגיה חשמלית.
מבחינה אקולוגית, מדובר באורך בלתי מוגבל של חיי המוצר, לאור יכולתם של החיידקים לשוב ולהתרבות בכל עת.

סוללות מצב מוצק

סוללות אלו מבוססות על ניצול מיטבי של אנרגיה סולארית ואנרגיית רטט, באופן המאפשר את אחסונן לטווח ארוך, של כעשור שנים, בטעינה בודדת.
בנוסף, מדובר בסוללות בטיחותיות, שסכנת ההתלקחות אינה מרחפת מעליהן.
טכנולוגיה זו נמצאת בשלבים שונים של מחקר ופיתוח.