صناعة البطاريات .. استثمار مستقبلي واعد

تلعب الطاقة دورا حيويا في الحياة اليومية، فهي المسؤولة عن تحريك العالم الذي نعيش فيه وتدفئته وتبريده والتواصل فيما بينه، وتأتي هذه الطاقة بشكل رئيس من الوقود التقليدي الذي لا يزال يعد الأقل تكلفة وأكثر وفرة من أي مصادر أخرى للطاقة. وتتزايد الحاجة إلى البطاريات مع التقدم التقني والتوجه نحو السيارات الكهربائية ومزيد من الاعتماد على الهواتف المحمولة وغيرها من معدات وأجهزة إلكترونية، وبالتالي تنامي الحاجة إلى بطاريات متقدمة للاحتفاظ بالطاقة وتخزينها والاستفادة منها في أوقات لاحقة.
في هذا التقرير نغوص في عالم البطاريات كحافظات للطاقة، ونتعرف على أنواعها وحجم سوقها وأهمية الاستثمار فيها، ونتطرق إلى توجه المملكة نحو صناعة البطاريات.

لا يزال لغز بطارية بغداد قائما

لا يمكن الحديث عن البطاريات دون التطرق إلى ما سمي ببطارية بغداد، التي تم العثور عليها بالقرب من بغداد العراق قبل أكثر من 70 عاما، حيث تم العثور على جرة من الخزف بحجم قبضة اليد، وعصا وأسطوانة من الحديد، قدر العلماء تاريخها بأكثر من ألفي عام، لديها قدرة على إنتاج جهد كهربائي يعادل 2 فولت. ولا تزال هذه الجرة مصدر تساؤلات وحيرة عن حقيقتها، والهدف من صناعتها في ذلك الوقت، وعما إذا كانت هناك أي استخدامات كهربائية في تلك الحقبة التاريخية.

تاريخ البطاريات

أول إنشاء للبطارية يعود إلى عام 1780 حين كان لويجي جالفاني عالم الأحياء يقوم بتشريح ضفدعة معلقة بخطاف من معدن النحاس، وعند لمس ساق الضفدعة بملقط الحديد اهتزت ساق الضفدعة. وقتها ظن جالفاني أن مصدر الطاقة التي حركت ساق الضفدعة يكمن في الساق، إلا أن زميله العالم أليساندرو فولتا كانت له وجهة نظر مختلفة، وهي أن الارتعاش جاء نتيجة وجود معدنين في المادة السائلة في داخل جسد الضفدعة!
أول بطارية كانت مصنوعة من ألواح نحاس وزنك مرصوصة على شكل عملات معدنية ومفصولة بقطعة قماش مبللة بمحلول ملحي وظيفته تفكيك ذرات الزنك والنحاس، فيصبح النحاس قطبا موجبا والزنك قطبا سالبا، وعند ربط اللوحين ببعض تتدفق الإلكترونات من قطب إلى آخر.

البطاريات غير القابلة للشحن

تنقسم البطاريات إلى نوعين: النوع القابل للشحن والنوع غير القابل للشحن وهو السائد المصنوع من خلايا كهروكيميائية لا يمكن عكس تفاعلها، وأغلبية هذا النوع من البطاريات يستخدم في الأجهزة المنزلية ويتكون من خلية واحدة، ويتميز بالاستخدام السريع والتكلفة البسيطة والتصميم المبني على استهلاك كمية منخفضة من الطاقة للاستمرار لأطول فترة ممكنة.
توفر بطاريات الليثيوم غير القابلة للشحن تخزينا أعلى للطاقة مقارنة بالأنواع الأخرى، وبطاريتها من النوع AA وAAA و9V، وتتميز بطول فترة شحنها عن البطاريات الأخرى، وخفة وزنها وعملها بشكل جيد في درجات الحرارة القصوى، ويمكن استخدامها في أجهزة الطوارئ لتميزها بعدم التسرب أو الانفجار، ويمكن لها أن تدوم إلى 12 عاما دون استخدام.

البطاريات القلوية وبطاريات أكسيد الفضة

البطاريات القلوية هي بطاريات اقتصادية يسهل التخلص منها بعد انتهاء طاقتها، لديها فترة تشغيل أطول بسبب هيدروكسيد البوتاسيوم، إلا أن فترة صلاحيتها أقل من بطاريات الليثيوم في حال عدم الاستخدام حيث تدوم ما بين خمسة إلى عشرة أعوام. تعمل أيضا في درجات حرارة قصوى، وتعمل مع الأجهزة الخارجية، ورغم ذلك من عيوبها احتمالية عدم عملها مع الأجهزة التي تحتاج إلى طاقة كبيرة وليس مجرد سعة فولتية كبيرة، ومن الممكن حدوث تسرب في محتوياتها وبالتالي تعرض الأجهزة للخطر.
أما بطاريات أكسيد الفضة فنجدها في الساعات اليدوية أو اللوحة الأم لأجهزة الحاسوب، تشبه في شكلها العملات المعدنية، من ميزاتها ارتفاع مستوى الطاقة فيها مقارنة بحجمها، حيث توفر ضعف كمية الطاقة مقارنة بالبطاريات من النوع القلوي نفسها، وبالتالي توفر عمرا تشغيليا أطول، إلا أن من سلبياتها أنه بسبب كونها مصنوعة من الفضة فثمنها مرتفع.

البطاريات القابلة لإعادة الشحن

النوع الثاني من البطاريات هو البطاريات القابلة للشحن، وتتلخص فكرة إعادة الشحن في إعادة الحالة الكيميائية للخلايا الكهروكيميائية إلى حالتها الأصلية بالتيار الكهربائي. هذا النوع من البطاريات يمكن استخدامه كوسيلة تغذية مباشرة للطاقة في الأجهزة المحمولة أو المتحركة، أو للتخزين، ويتميز بمعدل تفريغ أعلى وأداء جيد في درجات الحرارة المنخفضة إضافة إلى كثافة الطاقة المرتفعة، ورغم أن تكلفتها أعلى بكثير إلا أن ذلك يقابله عمر أكبر يمتد لأعوام.
أكثر البطاريات انتشارا واستخداما لأكثر من قرن هي بطاريات الرصاص الحمضية، التي تتكون من ألواح الرصاص وأكسيد الرصاص وحمض الكبريتيك بنسبة تركيز تصل إلى 37 في المائة، وتتنوع سعتها ما بين ساعة إلى 12 ألف ساعة تشغيل، عمرها الافتراضي ما بين ثلاثة إلى خمسة أعوام. تستخدم بكثرة في السيارات التقليدية، ومن الممكن استخدامها في السيارات الكهربائية والهجينة، فكفاءتها تصل إلى 80 في المائة، وتستخدم لتخزين الطاقة والاحتفاظ بها في مزارع الرياح والطاقة الشمسية أيضا، غير أنها لا تستخدم في الأجهزة المحمولة بسبب حجمها الكبير نسبيا.
أما بطاريات هيدرايد النيكل فتستخدم في الأقمار الاصطناعية وفي الأجهزة التي تستهلك طاقة منخفضة كأجهزة إنذار الدخان أو التحكم عن بعد أو الساعات، ومن إيجابياتها عدم احتوائها على مواد سامة، إلا أنها تفقد بعض قدرتها نتيجة الشحن الزائد، وتتعرض للتفريغ السريع عند عدم استخدامها، لذا لا بد من إعادة شحنها قبل الاستخدام.

بطاريات الليثيوم أيون

أحدث ظهور بطاريات الليثيوم أيون ثورة كبيرة في عالم البطاريات، إلى درجة أن حصل ثلاثة علماء من جنسيات مختلفة على جائزة نوبل في الكيمياء عام 2019 لتطويرهم هذا النوع من البطاريات. ربما جميع التكنولوجيا التي ننعم بها اليوم تعمل بمصدر طاقة مستمد من هذه البطاريات، فهي تتميز بكثافة الطاقة المرتفعة بشكل ملحوظ، وعمر افتراضي أطول، إضافة إلى معدل التفريغ البطيء وتكيفها مع درجات حرارة مختلفة.
فكرة عمل بطاريات الليثيوم أيون، التي تختلف عن بطاريات الليثيوم المعدني غير القابل للشحن، تكمن في أنه عند استهلاك البطارية تنتقل أيونات الليثيوم من القطب السالب إلى الموجب، وعند شحنها يحدث العكس وهكذا دواليك. هذا النوع من البطاريات يأتي في عدة أنواع، أحدها البطاريات المكونة من أكسيد الكوبالت الليثيوم التي تتميز بطاقة مرتفعة ومخاطر أمنية أقل عند التلف، في حين تتميز البطاريات التي تعتمد على فوسفات الحديد الليثيوم بطاقة أقل إلا أنها أكثر أمانا.
تتميز هذه البطاريات بصغر الحجم وسرعة الشحن وفقدان الشحن بنسبة قليلة تصل إلى 5 في المائة من شحنتها شهريا، إلى جانب كونها صديقة للبيئة. أما سلبياتها فهي أنها تحتاج إلى دائرة حماية لمنع التسخين الزائد والحد من الجهد، فالناقل الكهربائي فيها قابل للاشتعال وهذا ما يؤدي إلى حرائق الهواتف المحمولة التي نسمع عنها بين الحين والآخر. هناك نوع جديد من هذه البطاريات يدعى الليثيوم أيون بوليمر وهي بطاريات أكثر أمانا وأعلى قدرة، إلا أن تكلفتها مرتفعة وكثافة طاقتها أقل، وبالتالي فهي أثقل من الليثيوم أيون ولا تناسب الأجهزة النحيفة.

سوق البطاريات تتضاعف خلال أعوام .. والليثيوم أيون يستحوذ على الأغلبية

هذا التطور في صناعة البطاريات أدى إلى تطور تكنولوجيا الهواتف والأجهزة التي نعتمد عليها اليوم، وبالتالي أدى ذلك إلى طفرة في الطلب بشكل أكبر على تلك البطاريات، فحجم سوق البطاريات القابلة للشحن بلغ 90 مليار دولار في 2020 ومن المتوقع أن يصل إلى 150 مليار دولار بحلول 2030، بمعدل نمو سنوي مركب 5.3 في المائة. ورغم إن قضايا سلامة التخزين والنقل قد تؤثر في النمو، إلا أن ارتفاع الطلب على السيارات الكهربائية وتوقعات النمو لها من 2 في المائة إلى 35 في المائة بحلول 2030، إضافة إلى ظهور أنواع أجهزة أخرى تعمل على البطاريات، خاصة من نوع الليثيوم أيون، فإن ذلك سيؤدي إلى زيادة حجم الطلب على هذا النوع من البطاريات.
يبلغ حجم الطلب على بطاريات الليثيوم أيون حاليا 46 مليار دولار، ومن المتوقع أن يرتفع إلى أكثر من الضعفين خلال عامين ومن المحتمل النمو خمسة أضعاف خلال ثمانية أعوام مقبلة. وبسبب هذا الإقبال الشديد، ارتفع سعر الليثيوم من 12 دولارا للكيلو في يونيو الماضي إلى 68 دولارا في مايو الحالي، خاصة مع انخفاض المعروض من المعدن مقابل الطلب عليه، حيث بنهاية العام الماضي كان هناك عجز بنسبة 1.4 في المائة في الإنتاج البالغ 497 ألف طن.

رغم التطور .. بطاريات الرصاص الحمضية تنمو 50 % في 8 أعوام

من ناحية أخرى، ورغم الاتجاه السريع نحو بطاريات الليثيوم أيون، إلا أن بطاريات الرصاص الحمضية لا تزال تتمتع بحصة سوقية كبيرة جدا، فمن المتوقع أن تصل إلى 60 مليار دولار في 2026، وهو نمو بمعدل 50 في المائة خلال ثمانية أعوام فقط، وذلك نتيجة لاستخدامها في صناعة السيارات التقليدية.

الصين تتفوق في قدرة صناعة بطاريات الليثيوم أيون .. ونمو ألماني مفاجئ

استطاعت الصين تحقيق ريادة كاسحة في المجال ككثير من المجالات الأخرى، بحصة سوقية بلغت 79 في المائة من الحصة العالمية، وبفارق شاسع بينها وبين الثاني عالميا وهي الولايات المتحدة التي تبلغ حصتها 6.2 في المائة فقط. وحتى مع توقعات تراجع نسبة الصين في 2025 إلى 65 في المائة، فإن ذلك لن يكون نتيجة لتراجع الإنتاج الصيني، بل نتيجة ارتفاع الإنتاج العالمي الذي سينمو 70 في المائة عما كان عليه. كما إن ألمانيا تعتزم رفع حصتها من 1.6 في المائة إلى 11.3 في المائة من السوق العالمية في 2025، حيث سيتضاعف إنتاجها خلال أربعة أعوام فقط، بمعدل نمو 1490 في المائة، إضافة إلى أنها ستصبح ثاني أكبر منتج لهذه البطاريات بحلول العام المقبل، متفوقة على دول بدأت قبلها بأعوام طويلة كالولايات المتحدة واليابان وكوريا الجنوبية.

ما السر وراء هيمنة الصين على سوق بطاريات الليثيوم أيون؟

السر الصيني يعود إلى الاستراتيجية بعيدة المدى التي اتخذتها الحكومة الصينية منذ أكثر من 11 عاما بتقديم دعم مالي لمشتري السيارات الكهربائية بقيمة 19 ألف دولار، بشرط الشراء من الشركات التي تصنع السيارات الكهربائية محليا، بل وأن تكون البطارية من صناعة شركات صينية. هذه الاستراتيجية أدت إلى جذب عديد من شركات السيارات العالمية مما لديها الرغبة في الدخول إلى سوق بحجم الصين، وفرصة ربما لا تعوض في القريب العاجل، وبالتالي نقلت هذه الشركات تكنولوجياتها إلى الصين. ليس ذلك فحسب بل إن الصين سعت في تأمين احتياطيات المواد الخام المستخدمة للشركات لديها إلى تأمين استمرار عملية الصناعة. على سبيل المثال تم استحواذ شركة كاتل الصينية على ربع احتياطيات الكوبالت في الكونغو مقابل 138 مليون دولار، إلى جانب أن الحكومة الصينية تدخلت لدى البنوك المحلية لتقديم أكثر من مائة مليون دولار كقروض لهذه الشركة. لذا فإن سياسات الدعم هذه دفعت الصين لأن تصبح رائدة في مجال السيارات الكهربائية، ولا سيما بطارياتها من الليثيوم أيون.

صناعة البطاريات في المملكة

على المستوى العربي تسعى المملكة ضمن خطتها لأن تصبح رائدة في صناعة التعدين، حيث وقعت الهيئة الملكية في ينبع العام الماضي اتفاقية استثمارية مع شركة "إي في ميتالز العربية للصناعة" بهدف إنشاء مصنع لإنتاج مواد البطاريات الكهربائية كالليثيوم والنيكل والزنك والكروم والمنجنيز، بقيمة 900 مليون دولار وعلى مساحة 1.3 مليون متر مربع. هذا القرار لم يكن الأول في المنتجات المتعلقة بالطاقة، فمن عدة أعوام كان للمملكة، متمثلة في صندوق الاستثمارات العامة، استراتيجية مشاركة واستحواذ على الشركات التي لها علاقة بصناعة السيارات الكهربائية، التي من بينها شركتا سيارات تسلا ولوسيد.

أبرز شركات البطاريات العالمية

شركة كاتل

شركة كاتل أو كما تعرف باسم امبيركس، هي شركة صينية، وتعد أكبر الشركات العالمية في مجال صناعة بطاريات الليثيوم أيون للسيارات الكهربائية، فمن خلال نحو 84 ألف موظف تنتج الشركة بطاريات بسعة 96.7 جيجا واط/ساعة، يلامس ذلك القدرة التصنيعية الحالية لدى الولايات المتحدة وألمانيا معا، بل لدى الشركة هدف الوصول إلى 500 جيجا واط/ ساعة في 2025 أي أكثر من ثلث الإنتاج العالمي حينها، وإلى 800 جيجا واط/ ساعة في 2030.
لدى الشركة تعاون مع شركة تسلا، إضافة إلى مجموعة من مصنعي السيارات الأوروبيين، حيث تمدهم بالبطاريات التي تحتاج إليها سياراتهم، وقد ارتفعت إيرادات الشركة العام السابق 259 في المائة على أساس سنوي.

شركة إل جي

شركة إل جي هي الشركة الكورية المعروفة التي تمتلك سلة منتجات تتنوع ما بين الأجهزة المنزلية الإلكترونية والاستهلاكية، وأجهزة الاتصالات المحمولة، ولديها عديد من منتجات البطاريات، بداية من بطاريات الهواتف إلى بطاريات السيارات. استطاعت الشركة تحقيق صافي أرباح بقيمة 975 مليون دولار خلال الربع الأول من العام الجاري.

شركة باناسونيك

تنتج الشركة بطاريات الليثيوم أيون للسيارات الهجينة وليست الكهربائية فقط، ولدى الشركة التي يعمل فيها نحو ربع مليون موظف باقة كبيرة من المنتجات الأخرى من منتجات منزلية وكهربائية وإلكترونية ورقمية وأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية. انخفضت إيرادات الشركة للعام المالي الماضي المنتهي في مارس 2021 بنسبة 10.5 في المائة على أساس سنوي، بعد انخفاض 6.4 في المائة للعام الذي يسبقه، فيما انخفض صافي الأرباح 42 في المائة مقارنة بما بين العامين الماليين للشركة 2019 و2021.

بي واي دي

شركة صينية متخصصة في صناعة السيارات، سواء العاملة بالوقود أو الهجينة أو الكهربائية. تعمل الشركة من خلال ثلاثة أقسام رئيسة، الأول يتعلق بالهاتف المحمول وبعض الأجهزة الأخرى، والثاني مختص بالسيارات والمنتجات ذات الصلة، والأخير يهتم بالبطاريات والمنتجات الكهروضوئية. ارتفعت إيرادات الشركة العام الماضي 38 في المائة على أساس سنوي، و66 في المائة مقارنة بعام 2018، فيما انخفض صافي الأرباح خلال 2021 بنسبة 28 في المائة، مقارنة بأعلى أرباح لها في عام 2020 البالغة 632 مليون دولار.

سامسونج SDI

شركة سامسونج الكورية لديها شركة تابعة تدعى سامسونج إس دي أي، مختصة بتصنيع بطاريات السيارات الكهربائية ومواد إلكترونية أخرى، إضافة إلى بطاريات الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية وغيرها من الأجهزة، وقد ارتفعت إيرادات الشركة 20 في المائة العام الماضي مقارنة بعام 2020، و48 في المائة مقارنة بعام 2018، فيما ارتفع صافي أرباحها لأكثر من الضعف خلال 2021 على أساس سنوي. بلغت القيمة السوقية للشركة بذاتها 32 مليار دولار، ويعادل ذلك أكثر من 9 في المائة من القيمة السوقية للشركة الأم سامسونج إلكترونيك.

إس كيه إننوفشن

هي شركة كورية تعمل في مجال الطاقة والبتروكيماويات وزيوت التشحيم. عملت الشركة على مدار نصف القرن الماضي في بطاريات الليثيوم أيون، ونجحت في جلبها للسيارات الكهربائية، لذلك تعد من الشركات الرائدة في هذا المجال عالميا. رغم انخفاض إيرادات الشركة خلال العامين الماضيين مقارنة بالعامين السابقين لهما، إلا أن الشركة استطاعت تحقيق صافي أرباح لامس ربع مليار دولار، مقارنة بخسائر لعامين متتاليين، أحدهما كان 2020 الذي تخطت خسائر الشركة فيه 1.7 مليار دولار.

الخاتمة

تناولنا في هذا التقرير صناعة البطاريات، التي تعد إحدى أهم الصناعات المستقبلية، نظرا إلى الطلب المتزايد على الأجهزة والسيارات التي تعمل على البطاريات، واستعرضنا تاريخ البطارية وطريقة عملها، وأهم الشركات العالمية العاملة في هذا المجال.