هل ستكون بطاريات الصوديوم-أيون الركيزة الثانية لثورة تخزين الطاقة عالميًا؟

مقدمة

مع التسارع الكبير في نشر الطاقة المتجددة والكهربة الواسعة لقطاع النقل، أصبحت تقنيات تخزين الطاقة بالبطاريات حجر الزاوية في نجاح التحول الطاقي عالميًا. فشبكات الكهرباء الحديثة تحتاج إلى حلول تخزين مرنة قادرة على استيعاب تقلبات إنتاج الطاقة من الشمس والرياح، وفي الوقت نفسه دعم موثوقية الإمدادات الكهربائية وخفض الانبعاثات. خلال العقد الماضي، سيطرت بطاريات الليثيوم-أيون (Li-ion) على المشهد، سواء في المركبات الكهربائية أو أنظمة التخزين الثابت. لكن هذه الهيمنة جاءت مصحوبة بعدة تحديات جوهرية، أبرزها:

• تقلبات حادة في أسعار الليثيوم والمواد الفعّالة الأخرى مثل النيكل والكوبالت،
• تركّز جغرافي لإنتاج هذه الخامات،
• مخاوف مرتبطة بالأمن الإمدادي والتوترات الجيوسياسية،
• وأسئلة متزايدة حول الاستدامة على المدى الطويل.

في هذا السياق، يبرز تقرير IRENA حول بطاريات الصوديوم-أيون ليؤكد أن هذه التقنية ليست مجرد ”بديل إضافي“، بل ركيزة ثانية محتملة لسوق البطاريات العالمي في العقود القادمة.

ما هي بطاريات الصوديوم-أيون؟

بطاريات الصوديوم-أيون تعتمد في مبدأ عملها على نفس فكرة بطاريات الليثيوم-أيون تقريبًا:

• أنود (Anode)
• كاثود (Cathode)
• إلكتروليت (Electrolyte) يسمح بمرور الأيونات
• فاصل (Separator) يمنع التماس المباشر بين القطبين

لكن بدلًا من انتقال أيونات الليثيوم (Li⁺) بين الأقطاب أثناء الشحن والتفريغ، تنتقل أيونات الصوديوم  (Na⁺)

 مواد الكاثود:

تطورت عدة عائلات من مواد الكاثود في بطاريات الصوديوم-أيون، من أهمها:

1. الأكاسيد الطبقية (Layered Oxides – NaxMO2)
   • تركيبات تعتمد على منغنيز ونيكل وعناصر أخرى.
   • تحقق جهدًا تشغيليًا مناسبًا وكثافة طاقة جيدة.
2. المركبات متعددة الأنيونات (Polyanionic Compounds)
   • مثل فوسفات الحديد والصوديوم ومشتقاته.
   • تمتاز باستقرار بنيوي عالٍ وتغيّر حجمي محدود عند الشحن والتفريغ، ما يدعم العمر الدوري والشحن السريع.
3. مركبات ” الأزرق البروسي “ ومثيلاته (Prussian Blue Analogues – PBA)
   • تعتمد على شبكات معدنية-سيانيدية ذات قنوات مفتوحة.
   • تمتاز بقدرة نوعية جيدة وإمكانية إنتاج بتكلفة منخفضة، مع استغناء عن عناصر حرجة مثل النيكل والكوبالت.

مواد الأنود

الأنود الشائع في بطاريات الصوديوم-أيون هو الكربون الصلب  (Hard Carbon)، والذي يمكن إنتاجه من:

• الكتلة الحيوية (Biomass)،
• نفايات زراعية أو صناعية،
• راتنجات كربونية خاصة.

هذا يفتح الباب أمام سلاسل توريد محلية تعتمد على موارد متجددة، ويعزز البعد الدائري للتقنية.

الأداء التقني: أين تقف بطاريات الصوديوم-أيون اليوم؟

على الرغم من أن بطاريات الصوديوم-أيون لازالت في مرحلة انتشار مبكر مقارنة بليثيوم-أيون، فإن أدائها الحالي أصبح كافيًا لعدد كبير من التطبيقات:

• الكثافة الطاقية الوزنية (Energy Density)
  • تتراوح عمومًا بين حوالي 90–160 Wh/kg في المنتجات التجارية الحالية.
  • بعض الشركات أعلنت الوصول إلى حوالي 175 Wh/kg مع خطط لتجاوز 200 Wh/kg  في الجيل القادم.
• العمر الدوري (Cycle Life)
  • يمكن أن تصل إلى حوالي 4,000–5,000 دورة مع الاحتفاظ بنحو 80% من السعة.
  • هذا يجعلها منافسة جدًا للتطبيقات الثابتة ومتكررة الشحن.
• الكفاءة (Roundtrip Efficiency)
  • تقترب من كفاءة بطاريات الليثيوم-أيون، وغالبًا ما تكون أعلى من 85–90%

• نطاق درجة الحرارة
  • تعمل بكفاءة في نطاق واسع قد يصل تقريبًا من –40 إلى +80 درجة مئوية حسب التصميم.
  • هذه ميزة قوية للأسواق ذات المناخات القاسية، سواء الباردة أو الحارة جدًا، دون الحاجة إلى أنظمة تكييف معقدة.

من الواضح أن بطاريات الصوديوم-أيون لا تنافس أعلى كثافات الطاقة المتاحة في الليثيوم-أيون الموجهة للمركبات طويلة المدى، لكنها تبدو مثالية للتطبيقات التي لا يكون فيها الوزن والحجم عاملًا حاسمًا، بينما تكون التكلفة والاستدامة والأمان هي الأولوية.

سلسلة الإمداد والمواد الخام: وفرة الصوديوم مقابل حساسية الليثيوم

أحد أهم أسباب الاهتمام العالمي ببطاريات الصوديوم-أيون هو التركيبة الجيولوجية والاقتصادية لموارد الصوديوم:

• الصوديوم أكثر وفرة في القشرة الأرضية من الليثيوم بحوالي مرات عديدة،
• متوفر بكثافة في مياه البحار والأملاح الطبيعية،
• المادة الأساسية للإنتاج هي الصودا آش (Soda Ash – Na₂CO₃)، وهي متاحة من موارد طبيعية ضخمة ومن التصنيع الكيميائي.

هذه الوفرة تعني:

1. تقليل المخاطر الجيوسياسية المرتبطة بالليثيوم والمعادن النادرة.
2. إمكانية توزيع سلسلة القيمة جغرافيًا بشكل أوسع، وعدم حصر التصنيع في عدد محدود من الدول المالكة للخامات.
3. مرونة أعلى في السيطرة على التكلفة على المدى الطويل.

إضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الألمنيوم كمجمع تيار (Current Collector) في الأنود بدلًا من النحاس في بعض تصميمات  SIB، ما يضيف نقطة قوة اقتصادية ومواد خام أقل تكلفة.

مقارنة اقتصادية: مسار تكلفة الصوديوم-أيون

شهدت السنوات الأخيرة قفزات كبيرة في أسعار كربونات الليثيوم، ما أدى إلى ارتفاع تكلفة حزم بطاريات الليثيوم-أيون لفترات ملحوظة قبل أن تتراجع الأسعار نسبيًا. هذا الاضطراب في السوق أعاد طرح سؤال: هل يمكن الاعتماد على تقنية واحدة فقط لتلبية الطلب العالمي المتزايد على التخزين؟

بطاريات الصوديوم-أيون تقدم إجابة عملية:

• التقديرات الحالية تشير إلى أن تكلفة حزم SIB قريبة من نطاق تكلفة حزم الليثيوم-أيون من نوع LFP، مع هامش كبير لخفض التكلفة مع توسع الإنتاج وتحسين سلاسل الإمداد.
• بعض شركات الصناعة تتوقع أن تنخفض تكلفة الخلايا مستقبلًا إلى حدود 40 دولار/كWh  أو أقل عند الوصول إلى إنتاج واسع النطاق.

هذا يفتح الباب أمام:

• حلول تخزين منخفضة التكلفة للمشروعات على مستوى الشبكة،
• تمكين انتشار أوسع لأنظمة التخزين في الدول النامية ذات الحساسية العالية للتكلفة،
• فرص تصنيع محلية مرتبطة بموارد الصوديوم والكتلة الحيوية.

الاستدامة والأثر البيئي

من منظور الاستدامة، تمتلك بطاريات الصوديوم-أيون عددًا من عناصر القوة:

1. الاستغناء عن بعض المواد الحرجة
   • إمكانية الاستغناء عن النيكل والكوبالت في كثير من تراكيب الكاثود،
   • استخدام مواد أكثر وفرة وأقل حساسية سياسيًا.
2. إمكانية استخدام الكربون الحيوي في الأنود
   • إنتاج Hard Carbon من نفايات زراعية أو صناعية أو موارد حيوية متجددة،
   • استغلال النفايات وتحويلها إلى منتج ذي قيمة مضافة ضمن اقتصاد دائري.
3. تهيئة مبكرة لمسارات إعادة التدوير: بما أن التقنية لا تزال في بداياتها التجارية، يمكن تطوير نماذج إعادة تدوير (Recycling) أكثر كفاءة من مرحلة مبكرة، بما يقلل الأثر البيئي على دورة الحياة الكاملة.

إجمالًا، يمكن أن يكون الأثر البيئي لكل كWh  من سعة التخزين في SIB منافسًا – وربما أقل في بعض التركيبات – مقارنةً ببطاريات الليثيوم-أيون التقليدية، خاصة عند تجنب النيكل والكوبالت والاعتماد على مصادر كربون حيوية.

التطبيقات المحتملة: أين تتألق بطاريات الصوديوم-أيون؟

1.     التخزين الثابت  (Stationary Storage): يُعد هذا القطاع المرشح الأول لانتشار بطاريات الصوديوم-أيون، وتشمل تطبيقاته:

• أنظمة تخزين الطاقة على مستوى الشبكة (Utility-scale BESS)،
• حلول التخزين خلف العداد للقطاع الصناعي والتجاري والسكني،
• دعم مرونة الشبكات في دمج الطاقة الشمسية وطاقة الرياح،
• توفير قدرة احتياطية (Capacity) وخدمات مساندة للشبكة مثل تنظيم التردد.

في هذه التطبيقات، لا يعد الوزن والحجم عاملًا حاسمًا، مقابل أهمية:

• التكلفة لكل كWh،
• الأمان،
• العمر الدوري،
• العمل في نطاقات حرارة واسعة.

هنا تظهر بطاريات الصوديوم-أيون كخيار منطقي ومنافس.

2.     المركبات الكهربائية قصيرة المدى

على الرغم من أن بطاريات الليثيوم-أيون ذات الكثافة العالية ما زالت أفضل للسيارات ذات المدى الطويل، فإن بطاريات الصوديوم-أيون تناسب:

• سيارات المدن (Urban EVs) ذات مدى في حدود ~200–250 كم لكل شحنة،
• الدراجات النارية الكهربائية والسكوترات،
• المركبات ثلاثية العجلات المنتشرة في الأسواق الناشئة.

هذه الفئة من المركبات حساسة جدًا لسعر البطارية أكثر من حساسيتها لأعلى مدى ممكن، ما يجعل SIB خيارًا اقتصاديًا جذابًا.

3.     استبدال بطاريات الرصاص-الحمضية  (Lead-acid Replacement)

يمكن لبطاريات الصوديوم-أيون أن تكون بديلًا مستقبليًا في:

• أنظمة UPS،
• أنظمة تخزين صغيرة سابقة الاعتماد على الرصاص-الحمضي،
• بعض التطبيقات الصناعية ذات دورات الشحن المتكررة.

هنا تلعب عناصر مثل العمر الدوري الأطول، والكفاءة الأعلى، وتقليل الأثر البيئي دورًا في إعادة تشكيل هذا السوق.

مشهد السوق العالمي وآفاق المستقبل

تشير الخطط الصناعية المعلنة عالميًا إلى توسع سريع في القدرة الإنتاجية لبطاريات الصوديوم-أيون خلال السنوات القادمة:

• قدرة إنتاجية بعشرات الجيجاوات-ساعة سنويًا في الأمد القريب،
• توسع متسارع حتى حدود مئات الجيجاوات-ساعة سنويًا بحلول 2030،
• تركّز كبير حاليًا في الصين، مع بوادر دخول لاعبين في أوروبا والهند وغيرها.

مع ذلك، تواجه التقنية بعض التحديات:

• الحاجة إلى التوسع المتوازِن في إنتاج Hard Carbon لتجنب عنق زجاجة في الأنود،
• ضرورة استمرار تحسين الكثافة الطاقية لمنافسة بعض استخدامات الليثيوم-أيون،
• بناء ثقة السوق عبر مشروعات ريادية (Flagship Projects) تُثبت الأداء على أرض الواقع.

من غير المتوقع أن تُزيح بطاريات الصوديوم-أيون بطاريات الليثيوم-أيون من المشهد، لكن المرجح أن تتشكل منظومة متعددة التقنيات، يكون فيها:

• بطاريات اليثيوم أيون خاصة LFP وNMC مهيمنة على كثير من تطبيقات المركبات والأجهزة،
• تلعب بطاريات الليثيوم دورًا رئيسيًا في التخزين الثابت وتطبيقات EV الاقتصادية،
• تقنيات أخرى (تدفقية، هواء-زنك، صلب-حالة، ..إلخ) تستكمل المشهد في مجالات متخصصة.

دلالات مهمة لصناع القرار في الدول النامية والمنطقة العربية

بالنسبة للدول الساعية لتعزيز أمنها الطاقي وتقليل فاتورة استيراد الوقود الأحفوري، تحمل بطاريات الصوديوم-أيون رسائل استراتيجية:

1. فرصة لتطوير صناعة محلية تعتمد على موارد متوفرة مثل الملح، الصودا آش، والكتلة الحيوية.
2. إمكانية نشر أنظمة تخزين منخفضة التكلفة لدعم شبكات الكهرباء ودمج الطاقة المتجددة في المناطق ذات الأحمال المتذبذبة أو الشبكات الضعيفة.
3. تحفيز البحث العلمي والابتكار الصناعي في مجالات مواد الكاثود، أنودات الكربون الحيوي، والإلكتروليتات الآمنة بيئيًا.
4. زيادة مرونة سلاسل الإمداد وتقليل الاعتماد على عدد محدود من الدول المصدرة لليثيوم والنيكل والكوبالت.

خاتمة

بطاريات الصوديوم-أيون ليست تقنية مستقبلية بعيدة، بل حقيقة تتبلور اليوم بدعم من مؤسسات دولية وشركات تصنيع كبرى. ورغم أنها لن تلغي الحاجة إلى بطاريات الليثيوم-أيون، إلا أنها تمتلك كل المقومات لتصبح العمود الثاني لسوق البطاريات العالمي، خاصة في التخزين الثابت والتطبيقات الاقتصادية للمركبات الكهربائية. في ظل النمو المتوقع لسعة التخزين العالمية إلى مئات الجيجاوات-ساعة خلال العقد القادم، ستكون الأنظمة الطاقية الأكثر نجاحًا هي تلك التي تعتمد سلة متنوعة من تقنيات التخزين، وتستثمر مبكرًا في حلول مثل بطاريات الصوديوم-أيون، بما يحقق:

• أمنًا طاقيًا أعلى،
• تكلفة أقل على المدى الطويل،
• أثرًا بيئيًا أقل،
• وفرصًا جديدة للصناعة والابتكار المحلي.

📚  المصدر:

International Renewable Energy Agency (IRENA). (2025). Sodium-ion batteries: A technology brief. Abu Dhabi: IRENA. Retrieved from https://www.irena.org/Publications/2025/Nov/Sodium-ion-batteries-A-technology-brief