שיבושים בשרשרת האספקה ​​בתעשיית האנרגיה: אתגרים עם אספקת סוללות ליתיום-יון

עם הדחיפה לכיוון אנרגיה נקייה והביקוש המוגבר לכלי רכב חשמליים, יצרנים זקוקים לסוללות - במיוחד סוללות ליתיום-יון - יותר מתמיד.דוגמאות למעבר המואץ לכלי רכב מונעי סוללות נמצאות בכל מקום: שירות הדואר של ארצות הברית הודיע ​​שלפחות 40% מרכבי המשלוחים של הדור הבא שלו וכלי רכב מסחריים אחרים יהיו רכבים חשמליים, אמזון החלה להשתמש בטנדרים של ריוויאן בלמעלה מתריסר ערים, ו-Walmart ביצעו הסכם לרכישת 4,500 טנדרים חשמליים.עם כל אחת מההמרות הללו, העומס על שרשרת האספקה ​​לסוללות מתגבר.מאמר זה יספק סקירה כללית של תעשיית סוללות הליתיום-יון ובעיות שרשרת האספקה ​​הנוכחיות המשפיעות על הייצור והעתיד של סוללות אלו.

I. סקירה כללית של סוללת ליתיום-יון

תעשיית סוללות הליתיום-יון מסתמכת במידה רבה על כריית חומרי גלם וייצור הסוללות - שתיהן חשופות להפרעות בשרשרת האספקה.

סוללות ליתיום-יון מורכבות בעיקר מארבעה מרכיבים מרכזיים: קתודה, אנודה, מפריד ואלקטרוליט, כפי שמוצג באיור 1. ברמה גבוהה, הקתודה (הרכיב המייצר יוני ליתיום) מורכבת מתחמוצת ליתיום.1 האנודה (הרכיב המאחסן את יוני הליתיום) עשויה בדרך כלל מגרפיט.האלקטרוליט הוא תווך המאפשר תנועה חופשית של יוני הליתיום המורכב ממלחים, ממסים ותוספים.לבסוף, המפריד הוא המחסום המוחלט בין הקתודה לאנודה.

הקתודה היא המרכיב הקריטי הרלוונטי למאמר זה מכיוון שכאן יש סיכוי גבוה יותר להתעורר בעיות בשרשרת האספקה.הרכב הקתודה תלוי במידה רבה ביישום הסוללה.2

רכיבים נדרשים ליישום

טלפון נייד

מצלמות

מחשבים ניידים קובלט וליתיום

כלי עבודה חשמליים

ציוד רפואי מנגן וליתיום

or

ניקל-קובלט-מנגן וליתיום

or

פוספט וליתיום

לאור השכיחות והביקוש המתמשך לטלפונים סלולריים, מצלמות ומחשבים חדשים, קובלט וליתיום הם חומרי הגלם היקרים ביותר בייצור סוללות ליתיום-יון וכבר מתמודדים היום עם הפרעות בשרשרת האספקה.

ישנם שלושה שלבים מכריעים בייצור סוללות ליתיום-יון: (1) כרייה של חומרי גלם, (2) זיקוק חומרי הגלם, ו-3) ייצור וייצור הסוללות עצמן.בכל אחד מהשלבים הללו, ישנן בעיות שרשרת האספקה ​​בהן יש לטפל במהלך המשא ומתן החוזי במקום להמתין לבעיות שיצוצו במהלך הייצור.

II.בעיות שרשרת אספקה ​​בתעשיית הסוללות

א. ייצור

סין שולטת כיום בשרשרת האספקה ​​העולמית של סוללות ליתיום-יון, מייצרת 79% מכלל סוללות הליתיום-יון שנכנסו לשוק העולמי בשנת 2021.3 המדינה שולטת עוד יותר ב-61% מזיקוק הליתיום העולמי לאחסון סוללות ולרכבים חשמליים4 ו-100% מהעיבוד של גרפיט טבעי המשמש לאנודות סוללות.5 העמדה הדומיננטית של סין בתעשיית סוללות הליתיום-יון ורכיבי אדמה נדירים הקשורים אליה היא סיבה לדאגה הן לחברות והן לממשלות.

COVID-19, המלחמה באוקראינה ותסיסה גיאופוליטית בלתי נמנעת ימשיכו להשפיע על שרשראות האספקה ​​העולמיות.בדיוק כמו כל תעשייה אחרת, מגזר האנרגיה הושפע וימשיך להיות מושפע מגורמים אלה.קובלט, ליתיום וניקל - חומרים קריטיים בייצור סוללות - חשופים לסיכוני שרשרת האספקה ​​מכיוון שהייצור והעיבוד מרוכזים גיאוגרפית ונשלטים על ידי תחומי שיפוט שנטען כי הם מפרים זכויות עבודה וזכויות אדם.למידע נוסף, עיין במאמר שלנו בנושא ניהול הפרעות בשרשרת האספקה ​​בעידן של סיכון גיאופוליטי.

ארגנטינה נמצאת גם בחזית ההתמודדות העולמית על ליתיום, שכן היא מהווה כיום 21% מהעתודות בעולם עם שני מכרות בלבד בפעילות.6 בדומה לסין, ארגנטינה מחזיקה בכוח משמעותי בכריית חומרי גלם ומתכננת להרחיב אותה. השפעה נוספת בשרשרת האספקה ​​של הליתיום, עם שלושה עשר מכרות מתוכננים ופוטנציאליים עשרות נוספים בעבודות.

גם מדינות אירופה מגדילות את הייצור שלהן, כאשר האיחוד האירופי אמור להפוך ליצרן השני בגודלו של סוללות ליתיום-יון בעולם עד שנת 2025 עם 11% מכושר הייצור העולמי.7

למרות המאמצים האחרונים,8 אין לארצות הברית נוכחות משמעותית בכרייה או זיקוק של מתכות אדמה נדירות.בגלל זה, ארצות הברית מסתמכת מאוד על מקורות זרים לייצור סוללות ליתיום-יון.ביוני 2021, משרד האנרגיה האמריקני (DOE) פרסם סקירה של שרשרת אספקת הסוללות בעלות קיבולת גדולה והמליץ ​​לבסס יכולות ייצור ועיבוד מקומי של חומרים קריטיים כדי לתמוך בשרשרת אספקת סוללות ביתית מלאה.9 ה-DOE קבע כי ריבוי אנרגיה טכנולוגיות תלויות מאוד במקורות זרים לא בטוחים ובלתי יציבים - מה שמחייב צמיחה מקומית של תעשיית הסוללות.10 בתגובה, ה-DOE פרסם שתי הודעות על כוונה בפברואר 2022 לספק 2.91 מיליארד דולר כדי להגביר את הייצור בארה"ב של סוללות ליתיום-יון שהן קריטיות הגדלת מגזר האנרגיה.11 ה-DOE מתכוון לממן מפעלי זיקוק וייצור עבור חומרי סוללות, מתקני מיחזור ומתקני ייצור אחרים.

טכנולוגיה חדשה גם תשנה את הנוף של ייצור סוללות ליתיום-יון.Lilac Solutions, חברת סטארט-אפ מקליפורניה, מציעה טכנולוגיה שיכולה לשחזר 12 עד פי שניים ליתיום משיטות מסורתיות.13 בדומה, Princeton NuEnergy הוא סטארט-אפ נוסף שפיתח דרך זולה ובת קיימא לייצר סוללות חדשות מהישנות.14 למרות שסוג זה של טכנולוגיה חדשה תקל על צוואר הבקבוק של שרשרת האספקה, זה לא משנה את העובדה שייצור סוללות ליתיום-יון מסתמך במידה רבה על זמינות חומרי גלם.השורה התחתונה היא שייצור הליתיום הקיים בעולם מרוכז בצ'ילה, אוסטרליה, ארגנטינה וסין.15 כפי שמצוין באיור 2 להלן, ההסתמכות על חומרים ממקור זר צפויה להימשך בשנים הקרובות עד להמשך פיתוח של טכנולוגיית סוללה שאינה מסתמכת על מתכות אדמה נדירות.

איור 2: מקורות ייצור עתידיים של ליתיום

ב. מחיר

במאמר נפרד, לורן לו של פולי דנה כיצד עליית מחירי הליתיום משקפת דרישות מוגברות לסוללות, כאשר העלות עלתה ביותר מ-900% מאז 2021.16 עליות מחירים אלו נמשכות כאשר האינפלציה נותרה בשיא של כל הזמנים.העלויות העולות של סוללות ליתיום-יון, יחד עם אינפלציה, כבר הביאו לעלייה במחירי הרכבים החשמליים.למידע נוסף על השפעת האינפלציה על שרשרת האספקה, עיין במאמר שלנו צרות אינפלציה: ארבע דרכים מרכזיות לחברות לטפל באינפלציה בשרשרת האספקה.

מקבלי ההחלטות ירצו להיות מודעים להשפעה של האינפלציה על החוזים שלהם הכוללים סוללות ליתיום-יון."בשווקי אגירת אנרגיה מבוססים, כמו ארה"ב, עלויות גבוהות יותר הביאו לכך שחלק מהמפתחים מחפשים לנהל משא ומתן מחודש על מחירי החוזה עם קבלנים.המשא ומתן המחודש הזה עלול לקחת זמן ולעכב את הזמנת הפרויקט".אומרת הלן קו, עמיתת אחסון אנרגיה בחברת המחקר BloombergNEF.17

ג. הובלה/דליקות

סוללות ליתיום-יון מוסדרות כחומר מסוכן תחת תקנות החומרים המסוכנים של משרד התחבורה האמריקאי (DOT) על ידי משרד הצינורות האמריקאי לתחבורה ומנהל הבטיחות לחומרים מסוכנים (PHMSA).בניגוד לסוללות סטנדרטיות, רוב סוללות הליתיום-יון מכילות חומרים דליקים ובעלות צפיפות אנרגיה גבוהה להפליא.כתוצאה מכך, סוללות הליתיום-יון עלולות להתחמם יתר על המידה ולהתלקח בתנאים מסוימים, כגון קצר חשמלי, נזק פיזי, תכנון לא תקין או הרכבה.לאחר ההצתה, שריפת תאי ליתיום וסוללות עשויות להיות קשות לכיבוי.18 כתוצאה מכך, חברות צריכות להיות מודעות לסיכונים הפוטנציאליים ולהעריך את אמצעי הזהירות המתאימים כאשר הן עוסקות בעסקאות הכוללות סוללות ליתיום-יון.

נכון להיום, אין מחקר חד משמעי כדי לקבוע אם כלי רכב חשמליים מועדים יותר לשריפות ספונטניות בהשוואה לכלי רכב מסורתיים.19 מחקרים מראים שלרכב חשמלי יש סיכוי של 0.03% בלבד להתלקח, בהשוואה למנועי בעירה מסורתיים בסיכוי של 1.5% להתלקח. .20 לכלי רכב היברידיים - בעלי סוללת מתח גבוה ומנוע בעירה פנימית - יש את הסבירות הגבוהה ביותר לשריפה ברכב ב-3.4%.21

ב-16 בפברואר 2022, ספינת משא שהובילה כמעט 4,000 כלי רכב מגרמניה לארצות הברית עלתה באש באוקיינוס ​​האטלנטי.22 כמעט שבועיים לאחר מכן טבעה ספינת המשא באמצע האוקיינוס ​​האטלנטי.למרות שאין הצהרה רשמית לגבי התמוטטות של כלי רכב מסורתיים וחשמליים על הסיפון, רכבי סוללת הליתיום-יון היו מקשים על כיבוי השריפות.

III.סיכום

ככל שהעולם מתקדם לעבר אנרגיה נקייה יותר, השאלות והנושאים הקשורים לשרשרת האספקה ​​יגדלו.יש להתייחס לשאלות אלו בהקדם האפשרי לפני ביצוע כל חוזה.אם אתה או החברה שלך מעורבים בעסקאות שבהן סוללות ליתיום-יון מהוות מרכיב מהותי, ישנן מכשולים משמעותיים בשרשרת האספקה ​​שיש לטפל בהם בשלב מוקדם במהלך המשא ומתן בנוגע לאיסוף חומרי גלם ובעיות תמחור.לאור הזמינות המוגבלת של חומרי גלם והמורכבות הכרוכה בפיתוח מכרות ליתיום, חברות צריכות לחפש דרכים חלופיות להשגת ליתיום ורכיבים קריטיים אחרים.חברות המסתמכות על סוללות ליתיום-יון צריכות להעריך ולהשקיע בטכנולוגיה שהיא משתלמת מבחינה כלכלית וממקסמת את הכדאיות והמיחזור של סוללות אלו כדי למנוע בעיות בשרשרת האספקה.לחילופין, חברות יכולות להתקשר בהסכמים רב-שנתיים לליתיום.עם זאת, בהתחשב בהסתמכות הכבדה על מתכות אדמה נדירות לייצור סוללות ליתיום-יון, חברות צריכות לשקול היטב את המקור של המתכות ונושאים אחרים שעשויים להשפיע על הכרייה והזיקוק, כמו סוגיות גיאופוליטיות.