الاستدامة
النيكل الأخضر: تشغيل مستقبل الطاقة النظيفة
تخضع العالم حاليًا لتحول طاقة أخضر، وتلعب البطاريات دورًا حاسمًا في هذه الرحلة. كما أنها مكونات حاسمة في تقنيات حديثة متعددة، تعمل البطاريات القابلة لإعادة الشحن على تشغيل كل شيء من الهواتف الذكية والأجهزة المحمولة إلى السيارات الكهربائية (EVs) وأنظمة تخزين الطاقة.
من بين أنواع البطاريات، تعتبر بطاريات الليثيوم أيون هي الأكثر شعبية واستخدامًا على نطاق واسع. ومكون رئيسي من هذه البطاريات هو النيكل (Ni)، وهو الخامس في ترتيب أكثر العناصر شيوعًا على كوكبنا.
يوجد ليس فقط على نطاق واسع في قشرة الأرض ولبها، ولكن أيضًا عنصر شائع في النيازك، إلى جانب الحديد. ويحدث بشكل طبيعي في التربة والماء، والنيكل مغذٍ ضروري للنباتات.
يتمتع النيكل بالعديد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية المتميزة، مما يجعله ضروريًا في مئات الآلاف من المنتجات. وتشمل هذه الخصائص نقطة انصهار عالية تبلغ 1453 درجة مئوية، ومقاومة للتآكل والأكسدة، ومرن بشكل كبير، وقابلية لإعادة التدوير، والخصائص المغناطيسية عند درجة حرارة الغرفة.
كما يتألف بسهولة، ولا سيما مع الكروموم و金属 أخرى لإنتاج صلب مقاوم للصدأ ودرجات الحرارة.
يستخدم في 1.97 مليون طن من صلب مقاوم للصدأ و210 كيلو طن من سبائك غير حديدية كل عام، أصبح النيكل عنصرًا استراتيجيًا للغاية وصعب الاستبدال. وتحسين هذه التطبيقات من طول عمر المنتج وэффективية محرك، على التوالي، مما يسهم في الاستدامة.
في حين أن صلب مقاوم للصدأ ي代表 أكبر استخدام للنيكل (65٪)، فإن البطاريات هي ثاني أكبر استخدام بنسبة 16٪.
يستخدم النيكل في البطاريات لتوفير كثافة طاقة أعلى وسعة تخزين أكبر بتكلفة أقل. ومع زيادة تصنيع السيارات الكهربائية واعتمادها، وأصبحت أنظمة تخزين الطاقة أكثر أهمية من أي وقت مضى لتوازن الطلب والعرض على الطاقة، فإن الطلب على النيكل في صعود.
من حيث الأرقام، من المتوقع أن يتم توجيه 70٪ من الإنتاج العالمي السنوي الحالي للنيكل، أو 3 ملايين طن، إلى قطاع الصلب المقاوم للصدأ، في حين من المتوقع أن يتطلب إنتاج البطاريات 3 ملايين طن إضافية من النيكل بحلول عام 2040. وسيدفع هذا النيكل الإضافي من خلال تحويل قطاع النقل إلى خضراء من خلال استخدام أقطاب بطاريات النيكل في السيارات الكهربائية.
ونتيجة لذلك، سيتضاعف الطلب العالمي على النيكل إلى 6 ملايين طن في السنة.
احتياطيات النيكل غنية من حيث الكمية، معقدة من حيث الجودة
كونه معدنًا متوفرًا نسبيًا، يوجد النيكل في كل مكان في البيئة. ومع ذلك، فقط في كميات صغيرة. موجود دائمًا في التربة، يمكن العثور على تركيز أعلى من النيكل في عدة معادن، بما في ذلك أكسيد، كبريتيد، وسيليكات.
تُقدر الموارد العالمية من النيكل بحوالي 350 مليون طن، مع وجود احتياطيات نيكل كبيرة في أستراليا، وإندونيسيا، وجنوب أفريقيا، وروسيا، وكندا. وتحتل هذه الخمس دول معًا أكثر من 50٪ من احتياطيات النيكل العالمية.
في حين تم استخراج ما يقرب من 80٪ من النيكل في آخر ثلاثين عامًا، فإن احتياطيات العنصر لا تزال في نمو. وهذا بسبب زيادة الاستكشاف من قبل شركات التعدين، وزيادة المعرفة برواسب جديدة في المناطق النائية، وتحسين التكنولوجيا التي تمكن من معالجة المزيد من النيكل، ولا سيما رواسب النيكل منخفضة الجودة.
عندما يتعلق الأمر بإنتاج النيكل، يعتمد 60٪ على خامات كبريتيد عالية الجودة تحتوي على 1.5-4٪ من النيكل. وتوفر الباقي من خلال رواسب خام منخفضة الجودة مثل اللاتيريت، والتي تحتوي على متوسط محتوى نيكل يبلغ 1.5٪. وتقسم هذه إلى两个 نوع فرعي: السابرولايت والليمونيت.
من المثير للاهتمام أن احتياطيات النيكل على اليابسة موزعة بشكل عكسي، مما يعني أن 60٪ من النيكل المتاح في الطبيعة يوجد في اللاتيريت. ويوجد فقط 40٪ من النيكل في رواسب الكبريتيد، حيث يوجد بشكل رئيسي في شكل معادن ثنائية وثلاثية غنية بالنيكل مثل NiS وNi2FeS4 و(Co،Ni)3S4.
ما يجعل معادن الكبريتيد خيارًا مفضلًا هو بساطة كيميائية. وهذا يسمح بالفصل الكفء لمواد الغانغ (المواد التجارية غير القيمة المحيطة أو مختلطة بشكل وثيق مع المعادن المرغوبة) من مركبات النيكل باستخدام طرق تقليدية مثل الطفو الرغوي.
بالطبع، المشكلة هي أن احتياطيات كبريتيد النيكل محدودة وتناقص، وبالتالي لا يمكنها تلبية الطلب العالمي السريع على النيكل. وهذا يخلق حاجة لإنتاج النيكل بشكل مستدام من رواسب اللاتيريت منخفضة الجودة ولكنها وافرة.
في هذه الرواسب، لا يوجد النيكل كمواد معدنية منفصلة؛ بل يذوب في سيليكات المغنيسيوم المعقدة أو أكسيد الحديد. وهذا يشمل سيليكات المغنيسيوم (المعروفة باسم السابرولايت) مثل (Mg،Fe،Ni)3Si2O5(OH)4 و(Mg،Fe،Ni)3Si4O10(OH)2.4H2O. كما ي replaced جزئيًا الحديد (Fe) في الليمونيت، مثل غوثيت (Fe،Ni)OOH.
تحد Complexity من رواسب النيكل منخفضة الجودة، سواء من حيث الكيمياء أو المعادن، من الفصل الكفء والاستدامة لاستخراج النيكل لتقنيات خضراء لاحقة.
للتغلب على هذه المشكلة الأساسية، قام باحثون من معهد ماكس بلانك للمواد المستدامة (MPI-SusMat) بإنشاء تقنية جديدة، وهي خالية من الكربون وتوفر الطاقة، لاستخراج النيكل لصالح الصلب المقاوم للصدأ، والبطاريات، والمغناطيس.
التكلفة البيئية لإنتاج النيكل التقليدية
في حين يلعب النيكل دورًا حاسمًا في تصنيع البطاريات، فإن إنتاج هذا العنصر ليس友ليًا للبيئة، كما هو الحال مع معظم استخراج المعادن ومعالجتها.
في حالة النيكل، يتضمن تأثيره السلبي على البيئة تلوث الهواء، وتلوث الماء، وتآكل التربة، وتدهور الأراضي، وإزالة الغابات، والفاقد السام، وفقدان التنوع البيولوجي، وغيرها. كما أن إنتاج النيكل عملية مكثفة في الطاقة، مما يسهم في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري (GHG).
يصدر إنتاج النيكل التقليدية حوالي 20 طنًا من ثاني أكسيد الكربون لكل طن من النيكل. في عام 2019، كان استخراج النيكل مسؤولاً عن حوالي 120 مليون طن متري من ثاني أكسيد الكربون المكافئ (CO2e) في جميع أنحاء العالم.
وفقًا لدراسة MPI-SusMat، فإن بصمة الصناعة بأكملها تبلغ حوالي 20-27 طنًا من CO2e لكل طن من النيكل، وهو أكثر من 10 مرات من الصلب، عند 2.3 طن من CO2e لكل طن. وبالتالي، فإن النيكل هو معدن ضار للغاية بيئيًا.
انبعاثات ثاني أكسيد الكربون هي المحرك الرئيسي لتغير المناخ، وإن أرادت صناعة إنتاج النيكل مكافحة ذلك وأصبحت محايدة مناخيًا، فيجب خفض انبعاثات الكربون بشكل كبير.
من المثير للاهتمام أن الجهود العالمية لخفض انبعاثات الكربون تتضمن اتجاه الكهربة، حيث يتم استبدال استخدام الوقود الأحفوري بالكهرباء. ومع ذلك، يعتمد هذا التحول بشكل كبير على النيكل، مما يقلل من تأثير المبادرات ويزيد من القلق بشأن نقل العبء البيئي إلى علم المعادن. وفقًا لدراسة أول مؤلف، عبيد منصور، باحث دكتوراه في MPI-SusMat:
“إذا استمرنا في إنتاج النيكل بالطريقة التقليدية واستخدمناه للكهربة، فإننا ننقل المشكلة بدلاً من حلها.”
لذا، مع طريقة إنتاج النيكل الجديدة، يقدم الباحثون مسارًا مستدامًا لإزالة المعادن من الخام حيث ي replaced الكربون بالهيدروجين، مما يجعل العملية خالية من ثاني أكسيد الكربون، مما يوفر الطاقة والوقت. ومن الملاحظ أن هذه الطريقة تستخدم رواسب النيكل منخفضة الجودة، والتي تم تجاهلها بسبب تعقيدها.
حاليًا، يتم تحديد معالجة هذه الرواسب، ولا سيما Ni-laterite، بواسطة هيكل بلوري لمراحل النيكل وال محتوى النيكل والحديد في الخام.
تتم معالجة رواسب الليمونيت ذات محتوى النيكل وال MgO منخفض (<4 wt٪ Mg) عادةً بواسطة الحمض الكبريتي القوي (HPAL) لاستعادة النيكل والكوبالت (Co) عند وجوده. ويتطلب الطاقة لمعالجة هذه العملية حوالي 230-570 GJ لكل طن من النيكل، وهو ما يفوق بكثير 22 GJ لكل طن من الصلب.
ضد هذا الخلفية المقلقة، وعدة دراسة تpromises مغادرة واعدة من التقنيات الصناعية التقليدية. من خلال استبدال المواد الكربونية والكبريتية بالهيدروجين، تقلل الدراسة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون والكبريت بشكل مباشر.
كما تتجاوز استخدام الأحماض الضارة مثل حمض الكبريتيك (H2SO4) في HPAL، وتلغي الحاجة إلى معالجات مكلفة قبل وبعد المعالجة.
ثورة معالجة النيكل القوية بالهيدروجين في خطوة واحدة
تم نشر البحث، بدعم من المنحة المتقدمة لمجلس البحوث الأوروبي، في مجلة Nature. ويتضمن المراجعة الجديدة لعملية استخراج النيكل1.
يتضمن نهجهم المختلف تمامًا عملية انخفاض الصهر لشحنة خام جافة كاملة في خطوة متلوجية واحدة باستخدام بلازما الهيدروجين.
تدمج هذه العملية التكليس، والصهر، والتنقية في خطوة واحدة. وتحدث جميع هذه العمليات في نفس الوقت وفي فرن واحد. وقد مكنت الفريق من الوصول مباشرة إلى فيرونيكل عالي الجودة، وهو مادة معدنية تتكون من الحديد والنيكل وتستخدم كعامل سبيكة، من شحنة الخام الجافة في خطوة واحدة.
مع “الخطوة الواحدة”، يشير الباحثون إلى إنتاج فيرونيكل رقيق من شحنة خام جافة في عملية متلوجية واحدة، مقارنة بطرق RKEF. RKEF، أو فرن دوار-فرن كهربائي، هو طريقة لإنتاج فيرونيكل من خامات اللاتيريت النيكل. وتتضمن ثلاث مراحل: التكليس لخام جاف، ثم يُصهر في فرن قوس كهربائي (EAF)، وأخيرًا، التنقية لتقليل الشوائب إلى مستويات مقبولة.
على النقيض من ذلك، تغطي عملية HPSR كل هذا في خطوة واحدة.
مع نهجهم، أنتج الباحثون سبيكة فيرونيكل رقيقة عالي الجودة بديناميكية انخفاض سريعة. تحتوي السبيكة على شوائب دقيقة بفضل التحكم الثرموديناميكي لمناخ الفرن، مما مكنه من تقليل النيكل بشكل انتقائي. وكان الحصول على السيليكون (Si) أقل من 0.08 wt٪، والكالسيوم (Ca) أقل من 0.09 wt٪، والفوسفور (P) تقريبًا 0.00 wt٪، مما سمح بإزالة التنقية الإضافية.
“من خلال استخدام بلازما الهيدروجين والتحكم في العمليات الثرموديناميكية داخل فرن القوس الكهربائي، podemos كسر الهيكل المعقد للمعادن في خامات النيكل منخفضة الجودة إلى أنواع أيونية أبسط – حتى بدون استخدام محفزات.”
– المؤلف الم対応، الأستاذ إسنالدي سوزا فيلهو، رئيس مجموعة “التحليل المستدام للمواد” في MPI-SusMat
يمكن تشغيل هذه العملية بالكامل على الطاقة المتجددة، وت replaced المواد الكربونية بالكهرباء والهيدروجين. وبهذا، توفر حتى 18٪ من توفير الطاقة و 84٪ من انخفاض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
دعم الأدلة التجريبية من الدراسة HPSR كبديل مستدام لانتاج المعدن من أكسيد وسيليكات، مما يوسع خيارات المواد الخام إلى معادن منخفضة التكلفة وذات جودة منخفضة.
بشكل عام، تمكن هذا النهج المستدام من استخدام النيكل بشكل مفيد في تقنيات الطاقة النظيفة مع التقليل من الأضرار البيئية الناجمة عن إنتاجه. ويمكن تطبيق نفس العملية على عنصر بطاريات آخر مهم، الكوبالت.
ومن الملاحظ أن تصعيد العملية للتطبيقات الصناعية ممكن، وهو الخطوة التالية للفريق. وسيتطلب ذلك تنفيذ قوس قصير مع تيار عالي، أو استخدام حقن الغاز، أو دمج جهاز تحريك مغناطيسي خارجي تحت الفرن. وسيتأكد من وصول الخليط غير المخفض بشكل مستمر إلى واجهة التفاعل، حيث يحدث انخفاض خامات النيكل إلى أنواع أيونية أبسط.
يمكن القيام بذلك من خلال طرق صناعية محددة جيدًا، مما يسمح بدمج الطريقة الجديدة في العمليات الحالية.
الاستثمار في النيكل الأخضر
Tesla (TSLA ) هي واحدة من الأسماء الكبيرة التي تدفع نحو مصادر نيكل أكثر نظافة. مع اعتماد السيارات الكهربائية بشكل كبير على بطاريات غنية بالنيكل، بدأت الشركة في تأمين الإمدادات من المنتجين الذين يركزون على انبعاثات أقل ومعايير تعدين أفضل، مثل عمليات BHP في أستراليا.
Tesla (TSLA )
خلال مكالمة أرباح الشركة للربع الثاني من عام 2020، حث موسك على استثمار المناجم في تعدين نيكل صديق للبيئة بكميات كبيرة لتحضير زيادة إنتاج السيارات الكهربائية في السنوات القليلة القادمة.
في عام 2022، دخلت في اتفاقية مع شركة المعادن Talon (TSX:TLO) لتزويد النيكل من مشروع Tamarack عالي الجودة في مينيسوتا. وتمثل الشراكة “لإنتاج مواد بطارية مسؤولة مباشرة من المنجم إلى كاثود البطارية”، وفقًا لما قالته Talon CEO Henri van Rooyen في ذلك الوقت، مشيرًا إلى أن الشركة لديها “أقل بصمة كربونية في الصناعة”.
في غضون ذلك، أشادت Tesla bằng نهج Talon المبتكر لاكتشاف وتنمية وإنتاج مواد البطارية، بما في ذلك تخزين الكربون بشكل دائم واستكشاف استخراج مواد جديدة.
في نفس العام، وقعت Tesla أيضًا عقدًا طويل الأمد مع Vale لتزويد النيكل منخفض الكربون من عملياتها الكندية.
حتى قبل ذلك، انضمت Tesla إلى $127.7 مليار دولار أمريكي من سوق BHP Group، الذي يشارك في إنتاج نيكل منخفض الكربون للسيارات الكهربائية، لتحسين مرونة سلسلة توريد البطارية وتقليل انبعاثات الكربون.
في وقت لاحق من ذلك العام، بدأت BHP في بناء أنظمة طاقة شمسية وخزانات بطاريات تعمل بالطاقة الشمسية لتشغيل عمليات Nickel West Mount Kit وLeinster، والتي ستزود النيكل لشركة Tesla.
المشروع هو “أول مشروع طاقة متجددة كبير الحجم خارج الشبكة في عملياتنا العالمية، وسيزيل ما يعادل حتى 23,000 سيارة تعمل بالغاز الحفري كل عام، مما يدعم أهدافنا لخفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري”، وفقًا لما قالته BHP Nickel West Asset President Jessica Farrell.
ما يتعلق بأداء سوق Tesla، فإن أسهمها تُباع حاليًا عند 340.20 دولار، لا تزال منخفضة بنسبة 14٪ هذا العام حتى الآن، بعد التعافي من أدنى مستوى 217.80 دولار الذي سجله الشهر الماضي. وقد أدى هذا التعافي إلى أن تنتقل أسهم Tesla ببطء نحو أعلى مستوى على الإطلاق (ATH) عند 484 دولار تقريبًا في ديسمبر 2024.
(TSLA )
الآن، يبلغ رأس مال سوق Tesla أخيرًا أكثر من 1 تريليون دولار (1.2 تريليون دولار أمريكي)، في حين أن EPS (TTM) هو 1.82، وP/E (TTM) هو 191.36.
علاوة على ذلك، أظهرت النتائج المالية للربع الأول من عام 2025 انخفاضًا بنسبة 9٪ في الإيرادات من العام السابق إلى 21.3 مليار دولار. وسجلت انخفاضًا بنسبة 20٪ في إيرادات السيارات إلى 14 مليار دولار، في حين زادت إيرادات الائتمان بنسبة 37.7٪ إلى 595 مليون دولار، وانتعشت إيرادات توليد وتخزين الطاقة بنسبة 67٪ إلى 2.73 مليار دولار.
علاوة على ذلك، سجلت انخفاضًا في صافي الدخل إلى 409 مليون دولار، أو 12 سنتًا للسهم، في حين انخفض الدخل التشغيلي إلى 400 مليون دولار، مما أدى إلى هامش تشغيلي بنسبة 2.1٪.
نُسب الانخفاض إلى حوافز المبيعات وأسعار البيع المتوسطة الأقل، فضلاً عن الحاجة إلى تحديث الخطوط في مصانعها لبدء إنتاج إصدارات محدثة من Model Y SUV.
خلال هذه الفترة، أنتجت Tesla أكثر من 362,000 سيارة وسلمت أكثر من 336,000 سيارة. “في حين أدى تحويل خطوط Model Y في جميع مصانعنا الأربعة إلى فقدان عدة أسابيع من الإنتاج في الربع الأول، فإن صعود New Model Y يمتد جيدًا”، وفقًا لما ذكره الشركة في بيانها الصحفي.
كما نُشرت Tesla 10.4 GWh من منتجات تخزين الطاقة في الربع الأول من عام 2025. وذكرت الشركة أن نمو البنية التحتية لتقنية الذكاء الاصطناعي “يخلق فرصة كبيرة” لهذا القسم لتحقيق استقرار الشبكة.
في ورقة الأسهم الخاصة بها، حذر المساهمون من “الارتباك” في الأسواق بسبب السياسة التجارية المتطورة بسرعة التي تؤثر سلبًا على السواحل وسلسلة التوريد. ومن المتوقع أن يؤثر “الديناميكي” والتغيرات في المزاج السياسي على الطلب على منتجات الشركة في المدى القصير.
في غضون ذلك، تواجه Tesla منافسة من شركات الصين المنخفضة التكلفة في سوق السيارات الكهربائية و Alphabet Waymo في قطاع سيارات الأجرة الآلية.
الخلاصة
النيكل هو أساس التحول إلى الطاقة النظيفة، ولكن طرق استخراجه التقليدية تضر بالبيئة وتعرض الأهداف التي يساعد في تحقيقها للخطر.
ضد هذا الخلفية، تقدم الابتكارات مثل صهر بلازما الهيدروجين مسارًا واعدًا لتحويل إنتاج النيكل. كما يفتح هذا النهج المستدام لإنتاج النيكل الأخضر الباب أمام كهربة أكثر استدامة لقطاع النقل. ولا يزال سبيكة النيكل التي تم إنشاؤها من خام منخفض الجودة يمكن استخدامها مباشرة في إنتاج الصلب المقاوم للصدأ، وبعد المزيد من التنقية، كمواد كاثود في البطاريات. حتى الفاقد (الخزف) الذي تم إنتاجه خلال العملية يمكن أن يوفر موردًا قيمًا لصناعة البناء.
لذا، يوفر عملية إنتاج النيكل المستدامة الجديدة إمكانيات كبيرة للتحسين والمضي قدمًا في السيارات الكهربائية وتخزين الشبكة، ووعد بمستقبل أخضر!
انقر هنا للحصول على قائمة بأفضل المعادن والأسهم لتعدين الطاقة المتجددة.
الدراسات المذكورة:
1. Manzoor, U., Mujica Roncery, L., Raabe, D., & Souza Filho, I. R. (2025). Sustainable nickel enabled by hydrogen-based reduction. Nature, 641(8062), 365–373. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08901-7
