This post is also available in: English Armenian
وقتی صحبت از خودروهای الکتریکی میشود، اغلب ذهن مخاطبان به سمت باتری، موتور الکتریکی، شارژ سریع و کاهش آلایندگی میرود. در این میان، نقش گازهای صنعتی و بهویژه اکسیژن، معمولاً کمتر دیده میشود. این در حالی است که اکسیژن، بهعنوان یکی از پایهایترین عناصر مورد استفاده در صنعت، نقشی عمیق و چندلایه در زنجیره تولید، توسعه و حتی بازیافت خودروهای الکتریکی ایفا میکند.
خودروهای الکتریکی صرفاً یک محصول نهایی نیستند، بلکه نتیجه عملکرد هماهنگ مجموعهای از صنایع بالادستی و پاییندستیاند؛ صنایعی که از استخراج مواد معدنی آغاز میشوند، به تولید باتری و بدنه میرسند و در نهایت به بازیافت و مدیریت پسماند ختم میشوند. اکسیژن در بسیاری از این مراحل، یا بهصورت مستقیم در واکنشهای شیمیایی و حرارتی حضور دارد یا بهصورت غیرمستقیم، بهرهوری و کیفیت فرآیندها را افزایش میدهد.
خودروهای الکتریکی؛ فراتر از یک فناوری حملونقل
خودروهای الکتریکی را نمیتوان صرفاً بهعنوان جایگزینی برای خودروهای بنزینی یا دیزلی در نظر گرفت. این خودروها نماد یک تغییر پارادایم در صنعت حملونقل هستند؛ تغییری که بر کاهش مصرف سوختهای فسیلی، افزایش بهرهوری انرژی و حرکت به سمت تولید پایدار تمرکز دارد.
در مسیر تولید یک خودروی الکتریکی، صنایع متعددی درگیر هستند؛ از صنایع معدنی و متالورژی گرفته تا صنایع شیمیایی، انرژی و بازیافت. هر یک از این صنایع برای افزایش راندمان، کاهش هزینهها و کنترل آلایندگی، به استفاده از گازهای صنعتی متکی هستند. در این میان، اکسیژن به دلیل ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی خاص خود، جایگاهی ویژه دارد.
اکسیژن صنعتی چیست و چرا اهمیت دارد؟
اکسیژن صنعتی گازی است که با خلوص بسیار بالا، معمولاً بالای ۹۹ درصد، در صنایع بزرگ و پیشرفته کاربرد دارد. این اکسیژن از طریق فرآیند جداسازی اجزای هوا در واحدهای جداسازی هوا (Air Separation Units – ASU) تولید میشود. فرآیند شامل فشردهسازی هوا، سرمایش تدریجی تا دماهای بسیار پایین، و سپس تقطیر جزئی اجزای هوا است که منجر به جداسازی اکسیژن از نیتروژن و سایر گازها میشود. این روش به دلیل کارایی بالا، امکان تولید حجم عظیم اکسیژن با خلوص بالا را فراهم میکند.
اکسیژن صنعتی میتواند به دو شکل ارائه شود:
• گازی: مناسب برای خطوط تولید که نیاز به جریان مداوم اکسیژن دارند.
• مایع: با چگالی بالا، امکان ذخیرهسازی و حمل حجم زیاد در فضاهای محدود را فراهم میکند و برای کاربردهای صنعتی بزرگ مناسب است.
در صنایع مرتبط با خودروهای الکتریکی، استفاده از اکسیژن مایع مزایای متعددی دارد:
• افزایش راندمان فرآیندهای حرارتی و شیمیایی
• کاهش مصرف انرژی در کورهها و تجهیزات
• بهبود کیفیت محصول نهایی به دلیل کنترل دقیقتر واکنشها
• امکان ذخیره و تأمین پیوسته برای خطوط تولید بزرگ
تأمین اکسیژن صنعتی پایدار با خلوص بالا، یکی از پیشنیازهای اصلی عملکرد مداوم، ایمن و بهینه خطوط تولید خودروهای الکتریکی است و نقش اساسی در کاهش ضایعات و افزایش بازدهی دارد.
نقش اکسیژن در استخراج و فرآوری مواد اولیه باتری
باتری، قلب خودروهای الکتریکی است و عملکرد آن به کیفیت مواد اولیه وابسته است. فلزاتی مانند لیتیوم، نیکل، کبالت و منگنز، اجزای اصلی باتریهای لیتیومیونی هستند و استخراج و فرآوری آنها فرآیندی پیچیده و انرژیبر است. اکسیژن صنعتی در این مرحله نقشهای متعددی دارد:
• تسریع واکنشهای اکسیداسیون: اکسیژن باعث میشود واکنشهای شیمیایی بین مواد معدنی و سایر افزودنیها سریعتر و کارآمدتر صورت گیرد.
• افزایش دمای کورهها: تزریق اکسیژن به کورهها، دمای شعله را بالا میبرد و انرژی مصرفی را کاهش میدهد.
• بهبود خلوص فلزات: کنترل دقیق میزان اکسیژن تزریقی باعث کاهش ناخالصیها و تولید فلزات با کیفیت بالاتر میشود.
• کاهش ضایعات صنعتی و سربارهها: بهینهسازی میزان اکسیژن مصرفی موجب کاهش تولید مواد زائد و هزینههای جانبی میشود.
مزایای کلی استفاده از اکسیژن در این مرحله عبارتاند از:
• افزایش خلوص مواد اولیه باتری
• کاهش مصرف انرژی و سوخت
• کاهش اثرات زیستمحیطی استخراج فلزات
• بهبود پایداری زنجیره تأمین مواد اولیه
اکسیژن در تولید مواد فعال باتری
پس از تهیه فلزات پایه، نوبت به تولید مواد فعال باتری میرسد. این مواد شامل کاتدها و آندهایی هستند که وظیفه ذخیره و آزادسازی انرژی را بر عهده دارند. واکنشهای شیمیایی در این مرحله باید با دقت بسیار بالا و تحت کنترل کامل انجام شوند تا ساختار کریستالی مطلوب شکل گیرد.
نقش اکسیژن در این فرآیندها:
• ایجاد ساختار کریستالی مناسب: اکسیژن در ترکیب مواد شیمیایی، ساختار بلوری را تثبیت میکند و باعث افزایش ظرفیت ذخیره انرژی میشود.
• بهبود پایداری حرارتی: اکسیژن کنترلشده باعث کاهش خطر تجزیه مواد در دماهای بالا میشود.
• افزایش طول عمر چرخهای باتری: کیفیت اکسیژن و ثبات تأمین آن مستقیماً بر دوام و عملکرد بلندمدت باتری تأثیر دارد.
• کنترل واکنشهای جانبی ناخواسته: حضور دقیق اکسیژن به جلوگیری از واکنشهای ناخواسته شیمیایی کمک میکند.
این عوامل موجب میشوند مواد فعال تولیدی، ایمنتر، پایدارتر و با بازده انرژی بالاتر باشند.
کاربرد اکسیژن در تولید بدنه و شاسی خودروهای الکتریکی
برای کاهش وزن کلی خودرو و افزایش برد حرکتی، خودروهای الکتریکی از آلیاژهای سبک مانند آلومینیوم و فولادهای پیشرفته استفاده میکنند. در فرآیند ذوب و پالایش این فلزات، اکسیژن صنعتی نقش حیاتی دارد:
• افزایش راندمان حرارتی: اکسیژن باعث افزایش دمای شعله و کارایی بالاتر کوره میشود.
• کاهش مصرف انرژی و سوخت: با بهبود انتقال حرارت، انرژی کمتری برای ذوب فلزات مصرف میشود.
• بهبود کیفیت و یکنواختی فلز: کنترل دقیق اکسیژن، ساختار فلز ذوبشده را بهبود میبخشد و استحکام مکانیکی آن را افزایش میدهد.
• افزایش ایمنی و دوام قطعات: فلز با کیفیت بالاتر موجب افزایش ایمنی بدنه و شاسی خودرو میشود.
این کاربردها نشان میدهند که اکسیژن صنعتی فراتر از یک گاز ساده، به یک عنصر کلیدی در تولید بخشهای ساختاری خودروهای الکتریکی تبدیل شده است.
خودروهای الکتریکی نه تنها نماد حملونقل پاک و کاهش آلایندگی هستند، بلکه نمایانگر یک تحول صنعتی گسترده محسوب میشوند. تولید و توسعه این خودروها بدون زیرساختهای صنعتی پیشرفته و تأمین مداوم مواد اولیه امکانپذیر نیست. اکسیژن صنعتی در این زنجیره ارزش، از استخراج فلزات و تولید مواد فعال باتری گرفته تا ذوب فلزات، جوشکاری، مونتاژ و بازیافت، حضور کلیدی دارد. نقش اکسیژن در افزایش راندمان، بهبود کیفیت محصول، کاهش مصرف انرژی و کنترل فرآیندهای شیمیایی و حرارتی غیرقابل انکار است.
از سوی دیگر، صنعت خودروهای الکتریکی با رشد سریع جهانی و افزایش تقاضا برای انرژی پاک، فرصتهای اقتصادی و توسعهای بزرگی برای شرکتهای فعال در حوزه میعانات گازی و تأمین اکسیژن فراهم کرده است. این شرکتها میتوانند با ارائه راهکارهای تأمین پایدار، تجهیزات ذخیرهسازی مایع و گازی با کیفیت و پشتیبانی فنی، سهم قابل توجهی از بازار در حال توسعه را به دست آورند.
به طور کلی، اکسیژن صنعتی به عنوان یک عنصر پنهان اما حیاتی، زیرساختی اساسی برای پیشرفت و موفقیت بلندمدت صنعت خودروهای الکتریکی محسوب میشود و حضور آن در هر مرحله از زنجیره تولید، تضمینی برای عملکرد بهتر، ایمنی بالاتر و پایداری بیشتر محصولات است
————————————————–
منابع
• Mikheenkova, A., Mukherjee, S., Hirsbrunner, M., Törnblom, P., Tai, C., Segre, C. U., … Hahlin, M. (2024). The role of oxygen in automotive grade lithium ion battery cathodes: an atomistic survey of ageing. Journal of Materials Chemistry A.
• “Connecting battery technologies for electric vehicles from battery materials to management.” (2022). iScience.
• “Investigating the environmental impacts of lithium oxygen battery cathode production.” (2024). Journal of Cleaner Production.