המתכת שלא שמעתם עליה - אך מעכבת את מהפכת הרכבים החשמליים

מהפכת הרכב החשמלי הולכת ומתקדמת ורכבי ICE (בעלי מנוע בעירה פנימי) יהפכו בהדרגה לנחלת העבר.  אחד הנושאים הבולטים בתחום, הוא העובדה שעדיין לא מצליחים לייצר בטריות ליתיום-יון במחיר שיוביל לייצור רכב חשמלי במחיר דומה לרכב ICE מהדגמים הזולים. נושא בולט נוסף הוא הנזקים העקיפים שנגרמים לעולמנו כתוצאה מייצור הבטריות.

אחת הסיבות למחיר הגבוה של ייצור הבטריות ולנזקים סביבתיים נוספים, הינה מתכת נדירה יחסית, ושמה קובלט. זוהי מתכת חזקה הנמצאת בריכוז גבוה במטאורים והיא גם אחד ממרכיבי ויטמין B12. הקובלט מקבלת תשומת לב רבה מפני שהיא אחת המתכות המשמשת לייצור הקטודה (האלקטרודה עם המטען החשמלי החיובי) בבטריות ליתיום-יון, המפעילות רבים ממכשירי החשמל שאנחנו משתמשים בהם – מחשבים ניידים, טלפונים סלולריים, קורקינטים ואופניים חשמליים וגם רכבים חשמליים. כמות הקובלט בבטריה משתנה בהתאם למוצר אותו היא משרתת. בעוד שבטריה של סמארטפון מכילה כ-8 גרם של קובלט, בטריית ליתיום-יון טיפוסית לרכבים מכילה כ-14 ק"ג של קובלט. הקובלט תורמת להארכת חיי הבטריה ומשפרת את יכולת האגירה שלה. היא זו שמגבירה את טווח הנסיעה של המכונית אותה הבטריה משרתת ובנוסף, הקובלט תורמת לבטיחות השימוש בבטריות ועוזרת למניעת שריפות.

נשמע נפלא. אך כאמור, השימוש בקובלט טומן בחובו גם כמה נקודות פחות חיוביות:

כותרת ראשית

השקעה בישראל פחות מסוכנת?: ה-CDS בירידה; השקל בעלייה

בארץ | אדיר בן עמי | 17/11/2024 (2)

- כל הכותרות

מה צפוי היום בדוחות הבנקים ואילו חברות נוספות ידווחו?

מויניאן מבטלת גיוס האג"ח בת"א ברגע האחרון לטובת מימון זול בארה"ב

מגמה מעורבת בבורסות אסיה: סמסונג קופצת ב-5.8%; החוזים על וול סטריט...

משקיע הצמיחה רון בארון: האינפלציה האמיתית כפולה מהנתונים הרשמיים

לאומי עוצר את חגיגת הלוואות הקבלן: מהלך חכם או אצבע בעין של רוכשי ה...

הקרב הענק של ג'ייק פול ומייק טייסון: שבר שיאים אך מטיל ספק על יכולו...

ג'יי פי מורגן: כלכלת ארגנטינה צפויה לזנק ב-8.5% תחת מיליי

השקעה בישראל פחות מסוכנת?: ה-CDS בירידה; השקל בעלייה

מירוץ נגד הזמן: סופר מיקרו נאבקת להציל את מעמדה בנאסד"ק

האם דוחות אנבידיה יצביעו על כיוון חדש לשוק?

בייטדאנס, חברת האם של טיקטוק, מוערכת ב-300 מיליארד דולר

משבר מתמשך: העסקים הקטנים בסין עדיין מתקשים להתאושש

לקראת פתיחת שבוע המסחר בוול סטריט - האנליסטים מנתחים

ספייס אקס כבר שווה 255 מיליארד דולר, איפה היא תהיה עוד שנה מהיום?

הבנקים קפצו ב-1.6% לקראת הדוחות; המדדים עלו עד 0.9%

הפיטורים ממשיכים: בואינג שלחה מכתבים ל-400 עובדים

הבורסה של אבו דאבי מזנקת - איך אפשר להשקיע בה ומהן המניות הבולטות?

ברק עילם עוזב את נייס בתזמון בעייתי - ממה מודאגים האנליסטים?

התמ"ג עלה ב-3.8% בחישוב שנתי; ירידה של 1% לעומת הרבעון המקביל

אלמוגים מכרה 173 דירות השנה. דירה ממוצעת עולה כמעט 2.5 מיליון שקל

עוד תכניות

קודם כל: קובלט אמנם אינה נדירה ולדברי מומחים "יש מספיק קובלט בקילומטר העליון של קרום כדור הארץ בכדי לבנות מיליון כלי רכב חשמליים לכל אדם בכדור הארץ", אבל ברוב מרבצי הקובלט לא רווחי לכרות, בעיקר משום שתהליך האיתור שלהם יקר מאוד. לאור זאת, אין מספיק רזרבות של קובלט זמינות לכרייה על מנת לספק את הביקושים העתידיים להגיע. לפי תחזיות של אנליסטים, מכירות הרכבים החשמליים צפויות לזנק ממיליונים בודדים כיום לכ-60-70 מיליון תוך כ-20 שנה ועם הגידולים בביקושים לרכבים חשמליים, כך גם יעלו הביקושים לחומרי הגלם מהם מייצרים את הבטריות וביניהם הקובלט. אחד החששות הינו כאמור, שבכדור הארץ אין מספיק עתודות זמינות לכרייה של קובלט בכדי לספק את הדרישות שיעלו. אותו חשש עולה גם לגבי ליתיום וניקל. העובדה שהביקוש למתכת עולה על ההיצע הופכת את הסיפור גם ליקר, ואפילו מאוד. לכן הקובלט הוא אחד הגורמים העיקריים לעלות ייצור הבטריות. בשנים האחרונות, עלות הקובלט הממוצעת שהושקעה בייצור בטריה הייתה גבוהה יותר מעלות כל יתר המתכות שהושקעו בייצור הבטריה גם יחד.

קובלט בדרך כלל מיוצרת כתוצר לוואי של הפקת ניקל ושל הפקת נחושת. העובדה שהייצור שלה הוא נגזרת של הביקוש לניקל ולנחושת יוצרת מצב שבו הכמות המיוצרת לא קשורה לכמות הנדרשת ותורמת לעליית המחיר של הקובלט. בעוד שמחירי הבטריות צנחו בעשור האחרון, הבטריה מהווה עדיין 30% מהעלות הכוללת בייצור של רכב חשמלי.

שנית: בנוסף, למעלה משני שליש מאספקת הקובלט לעולם, מגיעה מהפקה ידנית ממרבצים ברפובליקת קונגו, אחת הכלכלות העניות בעולם. לכן כריית הקובלט טומנת בחובה העבדת ילדים (כ-40,000 ילדים עובדים בתעשייה והצעירים שבהם בני שבע) בסביבה מסוכנת ופגיעה לא אתית בזכויות אדם ובבריאות. ילדים צעירים העובדים בתעשיית הקובלט בקונגו עובדים בתנאים קשים,  ללא ציוד מתאים, בתעלות שעשויות להתמוטט עליהם ונושמים אבק עמוס בקובלט, שעלול לגרום למחלות קטלניות. לאור זאת, רבים פועלים להפסקת השימוש בקובלט בייצור בטריות והבולטת שבהם היא טסלה, שמייצרת בעצמה את הבטריות לרכבים שלה, אך נמנים עמה גם יצרני בטריות כמו פנסוניק וסמסונג, יצרני מכוניות כמו VW, ועוד. אלון מאסק מדבר על הפסקת השימוש בקובלט בבטריות של טסלה מזה כמה שנים ו"צייץ" לאחרונה כי "טסלה לא משתמשת בקובלט ברוב הרכבים שלה ומשתמשת בכמויות מזעריות בחלק מרכביה (שיעברו לרמה של 0 שימוש בקובלט בקרוב)". חברות נוספות כמו אפל, וואווי, HP, SONY ועוד פועלות להפחתת שימוש בקובלט. 

שלישית: 70% ממכרות הקובלט ברפובליקת קונגו הינם בבעלות סינית. לסין גם יש שליטה על יותר מ-80% מתעשיית זיקוק הקובלט, שם הופכת המתכת למתאימה לשימוש עבור בטריות. לאור מלחמת הסחר השוררת בין ארה"ב וסין, אספקת הקובלט נמצאת בנקודה מאוד שברירית עבור האמריקאים. 

לאור כל אלה, המגמה העולמית הינה  פיתוח טכנולוגיות שיאפשרו להפחית את כריית הקובלט.

אחת הדרכים להפחית את הביקושים לכריית קובלט הינה על-ידי מחזור הקובלט שבבטריות שיצאו משימוש. קיימות חברות בעולם שמנסות לבצע מחזור שכזה אך לחלק מסוגי המחזור יש מגרעות. תהליכי המחזור בעצמם אינם ידידותיים לסביבה. בנוסף, ככל שמכירות הרכבים החשמליים גוברות, כך יגיעו יותר ויותר בטריות למחזור. בהתבסס על קצב של מיליון רכבים חשמליים, כפי שנמכרו ב-2017 ולמרות שהקצב עולה, מומחים מעריכים שכ-250 מיליון טון של בטריות יגיעו למחזור בעוד 15-20 שנה ולא ברור אם תהיה אז קיבולת בכדי למחזר אותן.

הדרך השניה להפחתת הביקושים לכריית קובלט הינה ייצור בטריות ללא קובלט. קיימת כבר טכנולוגיה שכזו, הנמצאות בשימוש בפועל, והיא בטריית ה-LFP.

היום השוק נשלט ע"י בטריות מסוג NMC – אלה הן בטריות שהקטודה שלהן מכילה ניקל, מנגן וקובלט. בכל בטריה הכמויות של המתכות הללו נמצאות בפרופורציות שונות וזה בא לידי ביטוי בשמות של הקטודות. השינוי בפרופורציות של המתכות ישפיע על ביצועי הסוללה. למשל, הגדלת נתח הניקל בקטודה יגביר את כמות האנרגיה שהבטריה יכולה לאגור אך יפגע ביציבות של הבטריה. זה קורה מפני שכשמגדילים את נתח הניקל, בדרך כלל מפחיתים את נתח הקובלט, שמונעת מהקטודה לפתח קורוזיה, מה שמונע שריפה. האתגר המרכזי בייצור קטודות ללא קובלט הוא מציאת חומר חלופי אחר אשר יספק את התכונות שמספקת הקובלט. יצרני בטריות ויצרני מכוניות חשמליות מנסים לעשות אופטימיזציה בין המתכות המרכיבות את הקטודה כך שיגיעו לנקודה הכי טובה מבחינת התחשבות בעלויות, אורך חיים, יכולת אגירה ובטיחות.

אמנם כבר קיימות בטריות ללא קובלט, אשר נמצאות בשימוש, אך הביצועים שלהן עדיין פחות טובים משל הבטריות בהן משתמשים היום. כאמור, הבטריה שבשימוש והינה ללא קובלט נקראת LFP – lithium iron phosphate. החסרון העיקרי של ה-LFP הוא יכולת האגירה הנמוכה שלה ולכן, עבור רכבים חשמליים, היא תספיק לטווחים קצרים יותר מהבטריות הקיימות היום. עיקר המשתמשים בבטריות LFP היום הם אוטובוסים שלא נוסעים למרחקים ארוכים ויכולים להגיע מדי יום לעמדת טעינה.

ייצור בטריות LFP נשלט היום על ידי חברות סיניות כמו BYD ו-CATL. אחת הסיבות לכך הינה שממציאי הטכנולוגיה מאפשרים ליצרנים סיניים לייצר בטריות LFP ללא צורך בתשלום יקר עבור שימוש בפטנט כל עוד הייצור נעשה בסין. האחרון שבפטנטים הללו, אשר מוחזק בידי קונסורציום שוויצרי, פג בספטמבר 2021 באירופה ויפוג ב-2022 בארה"ב. התפוגה הזו של הפטנט פותחת את הדלת לשחקנים מערביים שיוכלו לייצר בטריות מסוג LFP. בטריות כאלה, הן יותר זולות לייצור מאשר בטריות הליתיום איון שאנחנו מכירים וזאת בעיקר מפני שהחומרים מהם הן מיוצרות הינם הרבה יותר זמינים והרבה פחות נדירים.

בטריות LFP נחשבות ליותר בטוחות מהבטריות בהן אנו משתמשים היום, מפני שהברזל הוא חומר יציב יחסית, אך הן עדיין מכילות אלקטרוליט נוזלי ובעיית ההידלקות לא נפתרת לחלוטין (בניגוד לטכנולוגיות בתהליך כמו בטריות מצב מוצק אשר לא מכילות אלקטרוליט נוזלי כלל). טסלה כבר היום משתמשת בבטריות LFP בדגם 3 ובדגם Y המיוצרים בסין והיא אומרת שהיא תרחיב את השימוש ב-LFP לכלל דגמי 3 ו-Y. קודם לכן, המכוניות הללו נסעו עם בטריות NCA (ניקל, קובלט, אלומיניום), בהן טסלה כרגע ממשיכה להשתמש ברכבים המיועדים לנסיעות ארוכות, דגמי S ו-X.

לאור הצורך של ארה"ב להפחית את התלות שלה במדינות אחרות, ובראשן סין, משרד האנרגיה האמריקאי פרסם תכנית לפיתוח ייצור תעשייתי מקומי של בטריות ליתיום. התכנית קוראת, בין היתר, להפסקת שימוש בקובלט בבטריות ליתיום עד לשנת 2030.

אלו חברות בעולם מנסות לתת פתרונות?
חברות מסביב לעולם פועלות לייצר בטריות ללא שימוש בקובלט והן נמצאות בשלבים שונים בתהליך. חלקן מנסות לייצר בטריות שעשויות מאלמנטים שלא חייבים לכרות כלל מהאדמה. האוקיינוסים מלאים בנתרן, וגופרית הינה תוצר לוואי תעשייתי בכל מקום. קיימות שתי בטריות בשוק ששתי האלקטרודות שלהן עשויות מהחומרים הללו, אך הרגישות שלהן לטמפרטורה והנטיה שלהן לקורוזיה הופכת אותן ללא מתאימות ליישומים רבים, כולל לרכבים חשמליים.

IBM המציאה בטריה שאינה משתמשת במתכות כבדות ומבוססת על חומרים ייחודיים שאינם דליקים ואינם מזהמים. לדבריה לבטריה יש ביצועים טובים יותר מסוללת הליתיום-יון בקיימת כיום והיא גם נטענת ל-80% בתוך 5 דקות. כדי להפוך את הבטריה הזו למסחרית, חברה IBM עם מרצדס בנץ.

TexPower ייצרה בטריה אשר הקטודה שלה מורכבת ממנגן, אלומיניום וניקל 89% ומצאה שהבטריה שלה מציגה ביצועים יפים בהשוואה לבטריות שמכילות קובלט. לדברי החברה, שמגדילה את כמות הניקל על חשבון כמות הקובלט, לא קיים הבדל בין אורך החיים של הבטריה, מהירות ההטענה והבטיחות של הבטריה, ביחס לבטריות ליתיום-יון. כמו כן, לדבריה, הניקל אמנם חומר פחות יציב מהקובלט, אך האלומיניום והמנגן מפצים על כך. הבטריה שלהם, לדברי החברה, זולה ב-20% מבטריה קונבנציונלית כיום. החברה מוסיפה שהפחתת הקובלט הופכת את הייצור לקשה יותר מפני שמסובך יותר לקבל ממצאים עקביים. 

ESS פיתחה סוללה (שמיועדת כרגע למתקני אנרגיה מתחדשת ולא לשימושים כמו רכבים חשמליים או סמארטפונים, מפני שמדובר בסוללות גדולות מאוד) והטכנולוגיה שלה מבוססת "כימיה של זרימת ברזל". לסוללה חיי מדף ארוכים מאוד (הסוללה יכולה לעבוד 20 שנה באופן יומיומי, כמעט ללא פגיעה בתפוקה שלה), היא זולה מאוד לייצור, היא בטוחה יותר מסוללות ליתיום (מים אינם דליקים) והיא עשויה ממלח, מברזל וממים. עדיין יש בעיה עם הטכנולוגיה הזו מפני שבמהלך הטעינה הסוללה מייצרת כמות קטנה של מימן, שמקצר את חיי הסוללה ולמעשה החברה עובדת על פתרון לאותו מימן שמיוצר.

Sparkz מכוונת את עצמה לייצור בטריות NFA (ניקל, ברזל ואלומיניום). לטענתם, בטריות ה-NFA יכולות לאגור כמות אנרגיה כפולה מה-LFP, במונחי עלות, הן עולות כ-30% פחות מבטריות LFP ו-35%-40% פחות מבטריות ליתיום-יון ובסה"כ, לטענתם הביצועים שלהן קרובים לביצועים של הבטריות בהן אנו משתמשים היום. יש לציין כי חלק מהחסכון מעלויות נגרם גם מכך שהחברה הצליחה להפחית את משך הייצור, ביחס לבטריות ליתיום-יון.

SVOLT חשפה ערכת בטריות ללא קובלט בתערוכת הרכב בצ'נגדו שבסין. החברה טוענת שהיא הראשונה שיצרה בטריה נטולת קובלט שהגיעה לייצור סדרתי.

גם סטארט-אפ ישראלי נמצא בתמונה 
הסטארטאפ הישראלי CENS Materials פיתחו תהליך שמשפר את קיבולת האנרגיה של הבטריה ומקצר את זמן הטעינה שלה. החברה משתמשת בחומר שנקרא "צינוריות ננו פחמן", שלא מייקר את עלות הסוללות ואף מייתר את השימוש בקובלט. התהליך מפחית את משקל הסוללות, מגדיל את תכולת האנרגיה שלהן והופך אותן לעמידות יותר לטעינה מהירה ולבטוחות יותר לשימוש.

פריצות דרך נוספות יכולות להגביר את המעבר לבטריות ללא קובלט. יצרני מכוניות כמו יונדאי וקיה הודיעו שהם עובדים עם מפעל אמריקאי על החלפת הבטריות בהן הם משתמשים כיום, המכילות נוזל, ב-solid state batteries. מעבר זה יתרום לבטיחות, לקיצור זמן ההטענה של הבטריה וגם לטווח הנסיעה אותה תוכל לנסוע המכונית בהטענה יחידה של הבטריה.

לסיכום, העולם שואף לייצור בטריות ליתיום ללא קובלט אשר יספקו מענה טוב לפחות כמו בטריות הליתיום-יון, אם לא טוב יותר (גם עבור רכבים חשמליים וגם עבור תחומים אחרים). בעוד שלפי חוק Wright, יש מומחים שסוברים כי עד 2024 יצליחו לייצר רכב חשמלי בעלות דומה לרכב ICE מהדגמים הזולים, חשוב לציין כי כל עוד לא יקדמו את תחום מחזור הסוללות, נראה שאין ברירה אלא למצוא טכנולוגיה חדשה, בעיקר מפני שפשוט אין מספיק קובלט זמין בכדור הארץ בכדי לספק מענה לביקושים שהולכים ומתגברים.

רו"ח הדר וינר שורץ היא סמנכ"לית מחקר בילין לפידות.

אין בנאמר המלצה לפעולה בניירות ערך. לילין לפידות יכולה להיות החזקה בחלק או כל החברות המנויות לעיל