اختلالات زنجیره تامین در صنعت انرژی: چالش‌های تامین باتری‌های لیتیوم یون

با فشار به سمت انرژی پاک و افزایش تقاضا برای وسایل نقلیه الکتریکی، تولیدکنندگان بیش از هر زمان دیگری به باتری‌ها - به ویژه باتری‌های لیتیوم یونی - نیاز دارند.نمونه هایی از انتقال شتابان به وسایل نقلیه با باتری در همه جا وجود دارد: سرویس پست ایالات متحده اعلام کرد حداقل 40 درصد از وسایل نقلیه تحویل نسل بعدی و سایر وسایل نقلیه تجاری خود را وسایل نقلیه الکتریکی تشکیل می دهند، آمازون شروع به استفاده از ون های تحویل ریویان در بیش از 12 شهر کرده است. و والمارت قراردادی را برای خرید 4500 ون تحویل برقی امضا کردند.با هر یک از این تبدیل ها، فشار بر زنجیره تامین باتری ها تشدید می شود.این مقاله مروری بر صنعت باتری‌های لیتیوم یونی و مسائل زنجیره تامین فعلی که بر تولید و آینده این باتری‌ها تأثیر می‌گذارد، ارائه می‌کند.

I. بررسی اجمالی باتری لیتیوم یون

صنعت باتری‌های لیتیوم یونی به شدت به استخراج مواد خام و تولید باتری‌ها متکی است که هر دو در برابر تداخل زنجیره تامین آسیب‌پذیر هستند.

باتری‌های لیتیوم یون عمدتاً از چهار جزء کلیدی تشکیل شده‌اند: کاتد، آند، جداکننده و الکترولیت، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. در سطح بالایی، کاتد (جزئی که یون‌های لیتیوم تولید می‌کند) از اکسید لیتیوم تشکیل شده است. آند (جزئی که یون های لیتیوم را ذخیره می کند) به طور کلی از گرافیت ساخته شده است.الکترولیت محیطی است که اجازه حرکت آزادانه یون های لیتیوم را می دهد که از نمک ها، حلال ها و مواد افزودنی تشکیل شده است.در نهایت، جداکننده، مانع مطلق بین کاتد و آند است.

کاتد جزء حیاتی مربوط به این مقاله است، زیرا در اینجاست که احتمال بروز مشکلات زنجیره تامین وجود دارد.ترکیب کاتد به شدت به کاربرد باتری بستگی دارد

عناصر مورد نیاز برنامه

تلفن های همراه

دوربین ها

لپ تاپ های کبالت و لیتیوم

ابزار قدرت

تجهیزات پزشکی منگنز و لیتیوم

or

نیکل- کبالت- منگنز و لیتیوم

or

فسفات و لیتیوم

با توجه به شیوع و تقاضای مستمر برای تلفن های همراه، دوربین ها و رایانه های جدید، کبالت و لیتیوم با ارزش ترین مواد خام در تولید باتری های لیتیوم یونی هستند و امروزه با وقفه های زنجیره تامین مواجه هستند.

سه مرحله حیاتی در تولید باتری‌های لیتیوم یونی وجود دارد: (1) استخراج مواد خام، (2) پالایش مواد خام، و (3) تولید و ساخت خود باتری‌ها.در هر یک از این مراحل، مسائل مربوط به زنجیره تامین وجود دارد که باید در طول مذاکرات قراردادی به جای منتظر ماندن برای بروز مسائل در طول تولید، رسیدگی شود.

II.مشکلات زنجیره تامین در صنعت باتری

الف. تولید

چین در حال حاضر بر زنجیره تامین جهانی باتری‌های لیتیوم یونی تسلط دارد و 79 درصد از تمام باتری‌های لیتیوم یونی را که در سال 2021 وارد بازار جهانی شدند، تولید می‌کند. موقعیت غالب چین در صنعت باتری لیتیوم یونی و عناصر کمیاب خاکی مرتبط باعث نگرانی شرکت ها و دولت ها شده است.

کووید-19، جنگ در اوکراین، و ناآرامی های ژئوپلیتیکی اجتناب ناپذیر همچنان بر زنجیره تامین جهانی تاثیر می گذارد.درست مانند هر صنعت دیگری، بخش انرژی تحت تاثیر این عوامل بوده و خواهد بود.کبالت، لیتیوم و نیکل - مواد حیاتی در تولید باتری‌ها - در معرض خطرات زنجیره تامین هستند زیرا تولید و پردازش از نظر جغرافیایی متمرکز و تحت سلطه حوزه‌هایی است که ادعا می‌شود کار و حقوق بشر را نقض می‌کنند.برای اطلاعات بیشتر، به مقاله ما در مورد مدیریت اختلال زنجیره تامین در عصر ریسک ژئوپلیتیک مراجعه کنید.

آرژانتین همچنین در خط مقدم تقلاهای جهانی برای لیتیوم قرار دارد زیرا در حال حاضر 21 درصد از ذخایر جهان را با تنها دو معدن در حال بهره برداری تشکیل می دهد. نفوذ بیشتر در زنجیره تامین لیتیوم، با سیزده معدن برنامه ریزی شده و احتمالا ده ها معدن دیگر در حال کار است.

کشورهای اروپایی نیز در حال افزایش تولید خود هستند و اتحادیه اروپا در آستانه تبدیل شدن به دومین تولیدکننده بزرگ باتری های لیتیوم یونی در جهان تا سال 2025 با 11 درصد از ظرفیت تولید جهانی است.

علیرغم تلاش‌های اخیر، ایالات متحده حضور چشمگیری در استخراج یا پالایش فلزات خاکی کمیاب ندارد.به همین دلیل، ایالات متحده به شدت به منابع خارجی برای تولید باتری های لیتیوم یون متکی است.در ژوئن 2021، وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) مروری بر زنجیره تامین باتری با ظرفیت بالا منتشر کرد و توصیه کرد که تولید داخلی و قابلیت‌های پردازش برای مواد حیاتی برای پشتیبانی از زنجیره تامین باتری کاملاً داخلی ایجاد شود. فن‌آوری‌ها به شدت به منابع خارجی ناامن و ناپایدار وابسته هستند که رشد داخلی صنعت باتری را ضروری می‌کند. 10 در پاسخ، DOE در فوریه 2022 دو اخطاریه مبنی بر ارائه 2.91 میلیارد دلار برای تقویت تولید باتری‌های لیتیوم یونی در ایالات متحده صادر کرد که برای آنها حیاتی است. 11 DOE قصد دارد برای کارخانه های پالایش و تولید مواد باتری، تاسیسات بازیافت و سایر تاسیسات تولیدی بودجه تامین کند.

فناوری جدید همچنین چشم انداز تولید باتری های لیتیوم یونی را تغییر خواهد داد.Lilac Solutions، یک شرکت استارت‌آپ مستقر در کالیفرنیا، فناوری‌هایی را ارائه می‌دهد که می‌تواند ۱۲ تا دو برابر لیتیوم را نسبت به روش‌های سنتی بازیابی کند.۱۳ به طور مشابه، Princeton NuEnergy استارت‌آپ دیگری است که روشی ارزان و پایدار برای ساخت باتری‌های جدید از باتری‌های قدیمی ایجاد کرده است. اگرچه این نوع فناوری جدید گلوگاه زنجیره تامین را کاهش می‌دهد، اما این واقعیت را تغییر نمی‌دهد که تولید باتری‌های لیتیوم یونی به شدت به در دسترس بودن مواد خام وابسته است.نتیجه نهایی این است که تولید لیتیوم موجود در جهان در شیلی، استرالیا، آرژانتین و چین متمرکز است. همانطور که در شکل 2 در زیر نشان داده شده است، احتمالاً اتکا به مواد خارجی تا چند سال آینده تا توسعه بیشتر ادامه خواهد یافت. فناوری باتری که به فلزات خاکی کمیاب متکی نیست.

شکل 2: منابع تولید لیتیوم آینده

ب. قیمت

لورن لو از فولی در مقاله‌ای جداگانه بحث کرد که چگونه افزایش قیمت لیتیوم منعکس‌کننده افزایش تقاضای باتری است و هزینه آن از سال 2021 بیش از 900 درصد افزایش یافته است.افزایش هزینه‌های باتری‌های لیتیوم یون، همراه با تورم، منجر به افزایش قیمت خودروهای الکتریکی شده است.برای اطلاعات بیشتر در مورد تاثیر تورم بر زنجیره تامین، به مقاله مشکلات تورمی ما: چهار راه کلیدی برای شرکت‌ها برای رسیدگی به تورم در زنجیره تامین مراجعه کنید.

تصمیم گیرندگان می خواهند از تأثیر تورم بر قراردادهای خود در مورد باتری های لیتیوم یون آگاه باشند.در بازارهای ذخیره سازی انرژی که به خوبی تثبیت شده است، مانند ایالات متحده، هزینه های بالاتر منجر به این شده است که برخی از توسعه دهندگان به دنبال مذاکره مجدد در مورد قیمت قرارداد با خریداران هستند.این مذاکرات مجدد ممکن است زمان ببرد و راه اندازی پروژه را به تاخیر بیندازد.»هلن کو، یکی از همکاران ذخیره انرژی در شرکت تحقیقاتی BloombergNEF.17 می گوید

ج. حمل و نقل/اشتعال پذیری

باتری های لیتیوم یونی تحت مقررات مواد خطرناک وزارت حمل و نقل ایالات متحده (DOT) توسط وزارت حمل و نقل خط لوله و اداره ایمنی مواد خطرناک ایالات متحده (PHMSA) به عنوان یک ماده خطرناک تنظیم می شوند.برخلاف باتری های استاندارد، اکثر باتری های لیتیوم یونی حاوی مواد قابل اشتعال هستند و چگالی انرژی فوق العاده بالایی دارند.در نتیجه، باتری‌های لیتیوم یونی می‌توانند تحت شرایط خاصی مانند اتصال کوتاه، آسیب فیزیکی، طراحی نامناسب یا مونتاژ بیش از حد گرم شده و مشتعل شوند.پس از مشتعل شدن، خاموش کردن آتش‌سوزی سلول‌های لیتیوم و باتری دشوار است. در نتیجه، شرکت‌ها باید از خطرات بالقوه آگاه باشند و اقدامات احتیاطی مناسب را هنگام انجام معاملات مربوط به باتری‌های لیتیوم یونی ارزیابی کنند.

تا به امروز، هیچ تحقیق قطعی برای تعیین اینکه آیا خودروهای الکتریکی در مقایسه با وسایل نقلیه سنتی مستعد آتش سوزی خود به خودی هستند یا نه، وجود ندارد. تحقیقات نشان می دهد که احتمال اشتعال خودروهای الکتریکی تنها 0.03٪ است، در مقایسه با موتورهای احتراقی سنتی با احتمال 1.5٪ اشتعال. .20 خودروهای هیبریدی - که دارای باتری ولتاژ بالا و موتور احتراق داخلی هستند - بیشترین احتمال آتش سوزی خودرو را با 3.4٪ دارند.

در 16 فوریه 2022، یک کشتی باری حامل نزدیک به 4000 وسیله نقلیه از آلمان به ایالات متحده در اقیانوس اطلس آتش گرفت.22 تقریباً دو هفته بعد، کشتی باری در وسط اقیانوس اطلس غرق شد.اگرچه هیچ بیانیه رسمی در مورد خرابی خودروهای سنتی و الکتریکی در هواپیما وجود ندارد، اما خودروهای باتری لیتیوم یون خاموش کردن آتش را سخت‌تر می‌کردند.

III.نتیجه

همانطور که جهان به سمت انرژی پاک تر حرکت می کند، سوالات و مسائل مربوط به زنجیره تامین رشد خواهد کرد.قبل از اجرای هر قراردادی باید در اسرع وقت به این سوالات پرداخته شود.اگر شما یا شرکتتان در معاملاتی درگیر هستید که باتری‌های لیتیوم یونی جزء مواد هستند، موانع زنجیره تامین قابل‌توجهی وجود دارد که باید در اوایل مذاکرات در مورد منابع مواد خام و مسائل قیمت‌گذاری برطرف شوند.با توجه به محدودیت در دسترس بودن مواد خام و پیچیدگی های موجود در توسعه معادن لیتیوم، شرکت ها باید به دنبال راه های جایگزین برای به دست آوردن لیتیوم و سایر اجزای حیاتی باشند.شرکت‌هایی که به باتری‌های لیتیوم یونی تکیه می‌کنند باید فناوری‌هایی را ارزیابی کرده و روی آن سرمایه‌گذاری کنند که از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه است و قابلیت زنده‌مانی و بازیافت این باتری‌ها را به حداکثر می‌رساند تا از مشکلات زنجیره تامین جلوگیری شود.از طرف دیگر، شرکت ها می توانند قراردادهای چند ساله برای لیتیوم منعقد کنند.با این حال، با توجه به وابستگی شدید به فلزات خاکی کمیاب برای تولید باتری‌های لیتیوم یونی، شرکت‌ها باید به شدت به منابع فلزات و سایر مسائلی که ممکن است بر استخراج و پالایش تأثیر بگذارد، مانند مسائل ژئوپلیتیک، توجه داشته باشند.