Enerji ve Çevre Dünyası Dergisi 178. Sayı (Kasım-Aralık 2022)

32 ENERJİ ve ÇEVRE • Kasım - Aralık / 2022 Bu makalede lityum metalinin elektrikli araçlarda ve enerji depolamada kullanımı ve rolü verilecektir. İlave olarak, Arjantin Katamarka Eyaleti göl yataklarındaki yeni lityummadencilik teknolojisi, vaka çalışması şeklinde ele alınacaktır. 2. BATARYALAR VE ELEKTRİKLİ ARAÇLAR Şili Atakama Çölü altındaki alan, Arjantin Katamarka Eyaleti göl yatakları ve Macaristan’daki tuzlu yeraltı sıvı plakaları lityum üretimi için örnek verilebilir. Çin’in Maca- ristan’daki lityum yataklarının işletilmesine dönük girişimi dikkat çekicidir. Çin CATI madencilik şirketi Macaris- tan’da 7,3 milyar dolarlık yatırımla pil fabrikası kuracak- tır. 2022’de EV pil bileşenleri için yapılan yatırım zirve yapmıştır. Bunun sonucu olarak 2027’de EV satın alma ve sürme ile fosil yakıtlı araç satın alma ve sürme eşitle- necektir. AB, 2035’te yeni karbon yakan (fosil yakıt) araç satışına yasak getirecektir. Döngüsel ekonominin pil ve batarya üretimindeki karşılığı döngüsel imalattır. Döngüsel imalat ile batarya- lar yeşillendirilmelidir ve adımlar da atılmaktadır. AB, Temmuz 2024’ten itibaren EV’lerde lityum bataryalar (LiBs) dahil aracın toplam karbon ayak izini bildirmele- rini şart koşmaktadır. 2030’da bataryalarda geri dönüşüm malzeme kullanımı zorunlu olacak ve içeriklerde asgari değerler sağlanacaktır. Günümüzde bataryalar iki tarzda üretilmektedir. İlki başta lityum olmak üzere çok sayıda batarya girdi malzemesinin ayrı ayrı kaynaklardan temini ve montajlanmasıdır. Giderek yayılan ikinci tarz ise batar- yanın temiz, steril mekanlarda, beyaz önlüklü çalışanlar ve robotlarla döngüsel imalat anlayışı ile üretilmesidir. Bu ikinci tarzda döngüsel ekonomi kurallarına uyularak her türlü girdi iç kaynak esaslı olarak tekrarlı şekilde kul- lanılmaktadır. İş çevreleri bu işlerin yürütüldüğü model fabrikalara “gigafabrika-gigafactory” demektedir. İsveç Vasteras’taki Northvolt batarya fabrikası TESLA yönetici- lerince model gigafabrika olarak gösterilmiştir. Bataryalar gigawatt-saat (GWh) ile ölçülen yıllık depolama kapasitesi ile tanımlandığından fabrikanın önüne konan giga takısı doğrudur. Nortvolt gigafabrikası 2030’da 2 milyon EV’ye montajlanacak bataryaların toplam 150 GWh dolum kapa- siteli olacağını planlamıştır. Lityum iyon bataryada bulunan elektrotların kalitesi çok önemlidir. İz orandaki katışkılar iyon akışını bozar ve depolama kapasitesini düşürür. Bu lityum iyonlar bir elektrot bölgesinden, anot, kopar ve sıvı elektrolit içinden ikinci elektrota, katot, akar. Elektron akışı ise dış iletken vasıtasıyla katottan anota doğrudur, doğal olarak tersi yön motora güç yükler. Şarja takılıncaya kadar iyonlar ve elekt- ronlar katotta bekler, şarja bağlama bunları anota doğru ters yüz eder. Katotlar, EV batarya maliyetinin %40’ına yakındır, muhtelif malzeme ve kimyasalların kombinas- yonundan oluşur. Katot kimyası çok önemlidir ve bileşim araç türüne (yarış aracından SUV’a kadar) göre değişir. Nikel, manganez ve kobalt ana bileşenlerdir. Alüminyum ve bakır iletkenler genellikle iletken tel ve folyo şeklinde kullanılır. Anot yüksek saflıkta grafitten oluşur ve bakır sargı ile çevrilir, katot ise alüminyum ile sargılanır. Batarya üretimi, membran (ayıraç) yerleştirme, fırın kurutma, pres- leme ve rulo oluşturma süreçleri ile devam eder. Üçüncü boyut anot ve katot kümeleri içeren batarya hücrelerinin sandviç modüller gibi montajlanmalarıdır. Modüllere şarj/ deşarj testi uygulanır. Uygun olanlar araba üreticisine veya endüstriyel şebeke birimine (örneğin yenilenebilir enerjinin depolanması için) sevk edilir. Şarj/deşarj testinde başarısız olanlar geri dönüşüme alınır. 2031’de 282 EV pili ve pil metalleri üreten gigafabrika sayısına erişilecektir. İsveç’teki Nortvolt gigafabrikasındaki imalat ve montaj yeşil dönüşüme uygundur. Bazı hammad- deler, madencilik dahil, yüksek karbon ayak izine sahiptir. Şirket tedarik zincirine müdahale etmekte ve yeşil dönüşüm ilkelerini uygulamaktadır. Lityum metali Avusturalya, Şili ve Çin’den gelmektedir. Malzeme ve bataryanın gidim mesafesini düşürmek ve ara bölgede (Lizbon) lityum üretim fabrikası (Galp firması ile) kurmak yeni seçenek olmuştur. Kullanılan enerji yenilenebilirdir (Hidro-Güç), enerji tasar- rufu ve üretimi iyileştirme faaliyetleri sürmektedir. Dön- güsel ekonomi gereği batarya geri dönüşüm malzemeleri ve oranları yüksek tutulmaktadır. Geri dönüşüm grafit (su filtrasyonunda kullanılabilir) için uygun düşmemektedir. 2030’da bilinen metallerde geri dönüşüm payı %25 ola- bilecektir. Pilde geri dönüşüm risk oluşturabilir (düşük performans gibi). Kobalt için %25’e varan geri dönüşüm öngörülmekte ise de pil verimine olumsuz etkisi olabileceği bilim çevrelerinde tartışılmaktadır. Lityum tartışmasız ana pil malzemesi olarak kalacaktır. Lityum karbonat batar- yanın tonu 35 bin $’dır. Şekil 2 batarya metallerinin son 5 yıl içindeki fiyat artışlarını vermektedir. İlk defa 2022’de batarya fiyatları zirve yapmıştır[2,5]. İstatistikler, 2021’de %10 olan elektrikli araç (EV) satış- larının oranının giderek artacağını ve 2030’da %40’lara ulaşacağını vermektedir. Bu, yılda 25-40 milyon EV üre- timi anlamı taşır. 2030’daki 31 milyon EV üretiminin 5 milyonu ABD, 15 milyonu Çin ve 8 milyonu AB ülkelerinde olacaktır. Günümüz pil (batarya) üretiminde Çin’in payı %80 (On yıl sonra %70 olabilir), ABD’nin payı %12’dir. Çin (Envision, BYD ve CATI firmaları), Güney Kore (I.G, Samsung, SK Innovation firmaları), Japonya (Pana- MAKALE