تقييم استدامة بطاريات الليثيوم: من منظور دورة الحياة نحو قرارٍ استثماريٍّ وتنظيميٍّ رشيد

مقدمة

تتصدر بطاريات الليثيوم مشهد التحول الطاقي بفضل كثافة طاقتها، كفاءتها العالية، وعمرها التشغيلي الممتد. لكن وراء هذه الميزات تقف أسئلة كبرى حول استدامتها البيئية والاقتصادية والاجتماعية عبر سلسلة القيمة بأكملها—من التعدين حتى نهاية العمر وإعادة التدوير. يستند هذا المقال إلى مراجعة علمية رصينة نُشرت في مجلة Renewable and Sustainable Energy Reviews (2024)  بعنوان:

Life cycle assessment of lithium-based batteries: Review of sustainability dimensions للباحثين Paul وآخرين، والتي اعتمدت إطار مراجعة علمية حديثة تناولت الأبعاد الثلاثة للاستدامة ضمن إطار تقييم استدامة دورة الحياة LCSA، بهدف تقديم قراءة تقنية مبسطة وقابلة للتطبيق لصنّاع القرار وخبراء الطاقة والاستدامة.

ما هي أهمية تقييم دورة الحياة  LCA؟

يوفر تقييم دورة الحياة منظورًا شموليًا يقيس الأثر عبر المراحل التالية: استخراج المواد الخام، التصنيع، الاستخدام، نهاية العمر (إعادة التدوير/التخلص). وعند دمجه مع تكلفة دورة الحياة LCC والتقييم الاجتماعي S-LCA في إطار LCSA، نحصل على لوحة متكاملة تُظهر النقاط الساخنة”  Hot Spots “ وتُعين على ترتيب البدائل وتوجيه الاستثمارات.

أبرز النتائج البيئية

يوضح تقييم دورة الحياة البيئية أن بطاريات الليثيوم رغم كفاءتها العالية وطول عمرها، ترتبط عادةً بتأثيرات بيئية في جميع مراحلها، أبرزها:

• مرحلة الإنتاج: تعتبر عمليات تصنيع الخلايا والطلاء والتجفيف للكاثود أكبر مساهم في استهلاك الطاقة وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري (GHG)، حيث تشكل نحو 76% من الطاقة و74% من الانبعاثات الكلية في عدة دراسات
• نوع البطارية والكيمياء الداخلية: سجلت بطاريات LFP (فوسفات الحديد الليثيوم) أداءً بيئيًا أفضل مقارنةً ببطاريات NMC (نيكل-منغنيز-كوبالت)، إذ تستهلك موارد أقل ومواد أكثر وفرة وأقل سمية؛ بينما توفر البطاريات ذات الكاثود المعدني أداءً عالياً مع تقليل الوزن والانبعاثات أثناء الاستخدام.
• تأثير مزيج الكهرباء المستخدم: استخدام كهرباء نظيفة منخفضة الكربون أثناء مراحل التصنيع والتشغيل يخفف من الآثار البيئية بنسبة تصل إلى 53% في بعض المؤشرات مثل تعكير المياه  (eutrophication)، مما يجعل التحول نحو الطاقة المتجددة عاملًا حاسمًا في تقليل البصمة الكربونية للبطارية.

ابتكارات وعمليات إعادة التدوير

لتحقيق الاستدامة الشاملة، ينبغي تحليل ثلاثة أساليب رئيسية لإعادة التدوير:

• عملية البيروميتالورجيا الحرارية Pyrometallurgical process تعتمد على استخلاص المعادن من البطاريات بطرق حرارية عالية الحرارة، ولكنها تستهلك الكثير من الطاقة وقد تنتج انبعاثات ثانوية.
• عملية الهيدروميتالورجيا المائية Hydrometallurgical process تقوم على إذابة المعادن باستخدام الأحماض acids، ثم فصلها بطرق استخلاص extraction أو ترسيب precipitation، وهي أقل استهلاكا للطاقة وأقل ضررا بالبيئة.
• إعادة التدوير المباشر Direct recycling  يتيح استرداد مواد الكاثود الفعالة بطرق تقلل الخطوات وتخفض التأثير البيئي الإجمالي، مع الحفاظ على جودة المواد والشكل البنائي.
• الاستعمال الثاني (Second-Life) : إعادة توظيف الحزم المستهلكة في النقل كوسائط تخزين شبكية يرفع كفاءة الشبكات ويقلص النفايات الخطرة.

 كيف تعزّز تقنيات إعادة التدوير استدامة صناعة البطاريات؟

لأن دورة حياة البطارية تمتد من التعدين حتى نهاية العمر، فإن إدخال إعادة التدوير في كل حلقة منها يُحدث فارقًا ملموسًا عبر المحاور الآتية:

1. ترشيد الموارد:  استرجاع الكوبالت والنيكل والليثيوم من البطاريات المستعملة يخفّض الاعتماد على التعدين الجديد ويحدّ من استنزاف الموارد والآثار المصاحبة له.
2. خفض الأثر البيئي:  تطبيق الهيدروميتالورجيا (المعالجة المائية) والبيروميتالورجيا (المعالجة الحرارية) يتيح تقليل استهلاك الطاقة والانبعاثات مقارنةً بالتصنيع من مواد أولية.
3. جدوى اقتصادية أعلى:  تعظيم المحتوى المعاد تدويره يخفض تكلفة المواد على المدى الطويل ويجعل سلاسل الإمداد أكثر مرونة أمام تقلبات الأسعار.
4. مكاسب اجتماعية:  خفض الضغط على التعدين المكثّف يقلّل مخاطر ظروف العمل الرديئة ويُحسّن نتائج التقييم الاجتماعي لدورة الحياة.
5. تسريع الاقتصاد الدائري: إبقاء المواد في الدورة الصناعية عبر إعادة الاستخدام والتدوير يقلّص النفايات ويدعم أهداف التنمية المستدامة.

التحليل الاقتصادي: تكلفة دورة الحياة  LCC

• أظهرت الدراسة أن الاعتماد المفرط على بيانات ثانوية EcoInvent، Eurostat، UN Comtrade يبرز الحاجة إلى بيانات أولية أدق من المصنعين.
• الكاثود هو المكوّن الأعلى تكلفة بسبب عناصر استراتيجية مثل الليثيوم والكوبالت؛ تقلبات أسعارها تحرك CAPEX/OPEX
• إدماج البطاريات مع الأنظمة الشمسية يقلل تكلفة التشغيل والوقود لكنه يرفع الاستثمار الأولي؛ القرار يتطلب تحليل حساسية دقيقًا (أسعار المعادن/الكهرباء، معدلات الخصم، دورات الشحن).
• رغم أن المركبات الكهربائية قد تكون أعلى سعرًا مقدمًا، إلا أن تكلفة الاستخدام تنخفض بفعل الكفاءة وعمر البطارية.

الأثر الاجتماعي S-LCA : عدالة على طول السلسلة

يمثّل تقييم الأثر الاجتماعي الحلقة الأحدث والأكثر تحدّيًا ضمن منهجيات تقييم الاستدامة، إذ يركّز على الأبعاد البشرية والعدالة عبر سلسلة الإمداد بأكملها:

• ظروف العمل وسلامة المجتمعات:  تُظهر العديد من الدراسات مخاطر جسيمة مرتبطة بتعدين الكوبالت والليثيوم، من انتهاكات حقوق العمال وضعف معايير الصحة والسلامة إلى عمل الأطفال في بعض مناطق أفريقيا وأمريكا الجنوبية.
• مسؤولية الشركات وحوكمة الموارد البشرية:  تشدّد الورقة على ضرورة التزام المورّدين والمصنّعين بمعايير أخلاقية واضحة، وتبنّي ممارسات مسؤولة لإدارة الموارد البشرية لمعالجة التحديات الاجتماعية على امتداد سلسلة الإمداد.
• إشراك المجتمعات وأصحاب المصلحة:  تعزيز الشفافية وفتح قنوات حوار مجتمعي حول مخاطر وفوائد التقنيات يحدّان من نقل الأضرار بين المراحل أو المناطق، ويتيحان فرص خلق وظائف وبرامج تدريب مهني جديدة.
• عدالة الطاقة:  رغم المكاسب البيئية العالمية لتقنيات البطاريات في خفض الانبعاثات، تبقى التأثيرات المحلية غير متكافئة – ما يبرز فجوات العدالة الاجتماعية في بعض سياقات التعدين والتصنيع.

توصية منهجية:  تدعو الورقة إلى تطوير مؤشرات اجتماعية دقيقة خاصة بسلاسل إمداد البطاريات، تراعي اختلاف الأقاليم والسياقات المحلية، بما يجعل نتائج التقييم أكثر واقعية وقابلية للتطبيق في السياسات والقرارات الاستثمارية.

التحديات والفرص

• فجوة البيانات: ضرورة إلزام الصناعة بالإفصاح عن بيانات الانبعاث والطاقة والمياه عبر المراحل.
• التوحيد المنهجي: الحاجة إلى بروتوكولات معيارية لحدود النظام ووحدات القياس ومؤشرات الضرر.
• دينامية المكان والزمان: الأثر يتبدل مع مزيج الكهرباء المحلي، اللوائح، وتقنيات التصنيع—ما يستدعي نماذج LCA ديناميكية.
• الابتكار التقني: تحسين كفاءة الطلاء والتجفيف، كهربة حرارية المصانع بمصادر متجددة، والتوسع في إعادة التدوير المباشر.

توصيات عملية لصناع القرار

1. تبنّي LCSA كشرطٍ تنظيمي في سلاسل التوريد وعمليات الشراء الحكومية.
2. ربط الحوافز بمدى انخفاض البصمة الكربونية ومعدلات المحتوى المعاد تدويره.
3. إنشاء بنى قياس وطنية/إقليمية للبيانات الأولية وتحديثها ربع سنوي.
4. تحفيز الاستعمال الثاني والشراء الأخضر في مشاريع الشبكات الصغيرة والقطاع الصناعي.
5. مواءمة الاستراتيجيات مع أهداف التنمية المستدامة SDG7، SDG12، SDG13، SDG8

الخاتمة

استدامة بطاريات الليثيوم ليست خاصية موروثة، بل نتيجة قرارات تصميم وتصنيع وتنظيم وتمويل على طول سلسلة القيمة. يوضح الدمج بين LCA وLCC  وS-LCA  أن خفض الأثر يتطلب كهرباء نظيفة في المصانع، كيميائيات أقل ندرة وسُمّية، وإيكولوجيا تدوير متقدمة، إلى جانب ضمانات اجتماعية صارمة. من هنا، فإن تعميم LCSA وشفافية البيانات هو الطريق الأقصر لأسواق بطاريات تنافسية ومنصفة، ولمشاريع عربية قادرة على تحويل تحديات المعادن والطاقة إلى ميزة تنافسية منخفضة الكربون.

📚 المصدر العلمي

Paul, D., Pechancová, V., Saha, N., Pavelková, D., Saha, N., Motiei, M., Jamatia, T., Chaudhuri, M., Ivanichenko, A., Venher, M., Hrbáčková, L., & Sáha, P. (2024). Life cycle assessment of lithium-based batteries: Review of sustainability dimensions. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 206, 114860. https://doi.org/10.1016/j.rser.2024.114860

قائمة مُركّزة بأهم المصطلحات باللغتين (العربية — English):

• تقييم دورة الحياة — Life Cycle Assessment (LCA)

• تكلفة دورة الحياة — Life Cycle Costing (LCC)

• تقييم دورة الحياة الاجتماعية — Social LCA (S-LCA)

• تقييم استدامة دورة الحياة — Life Cycle Sustainability Assessment (LCSA)

• انبعاثات غازات الدفيئة — Greenhouse Gas (GHG) Emissions

• البصمة الكربونية — Carbon Footprint