النيكل الأخضر: تمكين مستقبل الطاقة النظيفة

العالم يمر حاليًا بمرحلة انتقالية نحو الطاقة الخضراء وتلعب البطاريات دورًا رئيسيًا في هذه الرحلة. كعناصر أساسية في مختلف التقنيات الحديثة، تُشغّل البطاريات القابلة لإعادة الشحن كل شيء من الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة إلى السيارات الكهربائية (EVs) وأنظمة تخزين الطاقة.

من بين أنواع البطاريات، بطاريات الليثيوم-أيون هي الأكثر شيوعًا واستخدامًا. المكوّن الرئيسي في هذه البطاريات هو النيكل (Ni)، العنصر الخامس الأكثر وفرة على كوكبنا.

ليس فقط موجودًا بوفرة في قشرة الأرض ولبها، بل هو أيضًا عنصر شائع في النيازك إلى جانب الحديد. يتواجد طبيعيًا في التربة والمياه، ويُعد النيكل عنصرًا غذائيًا أساسيًا للنباتات.

يتميز النيكل بالعديد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية المتميزة، مما يجعله أساسيًا في مئات الآلاف من المنتجات. تشمل هذه الخصائص نقطة انصهار عالية تبلغ 1453°C، ومقاومة للتآكل والأكسدة، ومرونة عالية، وإمكانية إعادة التدوير، وخصائص مغناطيسية في درجة حرارة الغرفة.  (BHP )

كما أنه يكوّن سبائك بسهولة، خاصةً مع الكروم ومعادن أخرى لإنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ المقاوم للحرارة. 

يُستخدم في 1.97 مليون طن من الفولاذ المقاوم للصدأ و210 كيلوطن من السبائك غير الحديدية كل عام، وقد أصبح النيكل عنصرًا استراتيجيًا للغاية وصعب الاستبدال. تُعزز هذه التطبيقات من طول عمر المنتجات وكفاءة المحركات على التوالي، مما يساهم في الاستدامة.

بينما يُشكل الفولاذ المقاوم للصدأ النسبة الأكبر (65٪) من استخدامات النيكل، تُعد البطاريات ثاني أكبر مجال استخدام بنسبة 16٪.

يُستخدم النيكل في البطاريات لتوفير كثافة طاقة أعلى وسعة تخزين أكبر بتكلفة أقل. مع تزايد تصنيع واعتماد السيارات الكهربائية وازدياد أهمية أنظمة تخزين الطاقة لتوازن الطلب والعرض، يتصاعد الطلب على النيكل.

من الناحية العددية، يُوجه 70٪ من الإنتاج السنوي العالمي الحالي للنيكل، أي 3 ملايين طن، إلى قطاع الفولاذ المقاوم للصدأ، بينما من المتوقع أن يحتاج قطاع البطاريات إلى 3 ملايين طن أخرى من النيكل بحلول عام 2040. سيتولد هذا النيكل الإضافي من خلال خفض انبعاثات قطاع النقل باستخدام أقطاب بطارية تعتمد على النيكل في السيارات الكهربائية.

نتيجةً لذلك، سيتضاعف الطلب العالمي على النيكل إلى 6 ملايين طن سنويًا.

اكتشافات النيكل غنية في الكمية، معقدة في الجودة

كونه معدنًا وفيرًا نسبيًا، يتواجد النيكل في كل مكان في البيئة. ومع ذلك، يكون فقط بنسب ضئيلة. يتواجد باستمرار في التربة، ويمكن العثور على تركيز أعلى من النيكل في عدة خامات معدنية، بما في ذلك الأكاسيد، والسلفات، والسيليكات.

على الصعيد العالمي، تُقدّر موارد النيكل بحوالي 350 مليون طن، وتوجد أهم رواسب النيكل في أستراليا وإندونيسيا وجنوب أفريقيا وروسيا وكندا. تحتفظ هذه الدول الخمس معًا بأكثر من 50٪ من موارد النيكل في العالم.

على الرغم من أن ما يقرب من 80٪ من النيكل المستخرج تم استخراجها خلال الثلاثين سنة الماضية، إلا أن احتياطيات العنصر لا تزال في ازدياد. يعود ذلك إلى زيادة الاستكشاف من قبل شركات التعدين، وتحسين المعرفة بالرصاد الجديدة في المناطق النائية، وتطور التقنيات التي تمكّن من معالجة المزيد من النيكل، خاصةً الخامات منخفضة الجودة.

فيما يتعلق بإنتاج النيكل، يعتمد 60٪ على خامات الكبريتيد عالية الجودة التي تحتوي على 1.5–4٪ وزن من النيكل. أما البقية فتُستمد من أنواع خامات منخفضة الجودة مثل اللاتريت، التي لديها متوسط محتوى نيكل يبلغ 1.5٪ وزن. وتنقسم هذه إلى نوعين: السابرولايت والليمونيت.

ومن المثير للاهتمام أن احتياطيات النيكل على اليابسة موزعة عكسيًا، مما يعني أن 60٪ من إجمالي النيكل المتاح في الطبيعة يتواجد في اللاتريت. بينما يُوجد 40٪ فقط من النيكل في رواسب خامات الكبريتيد، حيث يتواجد أساسًا على شكل معادن ثنائية وثلاثية غنية بالنيكل مثل NiS، Ni2FeS4، و(Co,Ni)3S4.

ما يجعل معادن الكبريتيد خيارًا مفضلاً هو بساطتها الكيميائية. وهذا يتيح فصل الشوائب (المواد غير ذات قيمة تجارية المحيطة أو المختلطة عنقًا مع المعدن المرغوب) عن المركبات الحاوية للنيكل بكفاءة باستخدام طرق تقليدية مثل الرغوة العائمة.

بالطبع، المشكلة هي أن احتياطيات كبريتيدات النيكل محدودة ومتراجعة، وبالتالي لا تستطيع تلبية الطلب العالمي المتزايد بسرعة على النيكل. وهذا يخلق حاجة لإنتاج النيكل بشكل مستدام من اللاتريت منخفضة الجودة ولكن الوفيرة.

في هذه الرواسب، لا يُوجد النيكل كمعادن منفصلة؛ بل يذوب داخل سيليكات المغنيسيوم المعقدة أو أكسيدات الحديد. وهذا يشمل سيليكات المغنيسيوم (Mg) (أي السابرولايت) مثل (Mg,Fe,Ni)3Si2O5(OH)4 و (Mg,Fe,Ni)3Si4O10(OH)2·4H2O. كما أنه يحل جزئيًا محل الحديد (Fe) في الليمونيت، مثل الجيوثيت (Fe,Ni)OOH.

تعقيد خامات النيكل منخفضة الجودة، سواء من حيث المواد الكيميائية أو المعادن، يحد من استخراج النيكل بكفاءة واستدامة لتقنيات الطاقة الخضراء اللاحقة.

لتجاوز هذه المشكلة الأساسية، قام باحثون من معهد ماكس بلانك للمواد المستدامة (MPI‑SusMat) بابتكار تقنية جديدة خالية من الكربون وتوفر الطاقة لاستخلاص النيكل لاستخدامه في الفولاذ المقاوم للصدأ والبطاريات والمغناطيسات.

التكاليف البيئية لإنتاج النيكل التقليدي

بينما يلعب النيكل دورًا حيويًا في تصنيع البطاريات، فإن إنتاج هذا العنصر ليس صديقًا للبيئة، كما هو الحال مع معظم عمليات استخراج ومعالجة المعادن.

في حالة النيكل، تشمل آثاره السلبية على البيئة تلوث الهواء، وتلوث المياه، وتآكل التربة، وتدهور الأراضي، وإزالة الغابات، والنفايات السامة، وفقدان التنوع البيولوجي، وغيرها. كما أن إنتاج النيكل عملية كثيفة الاستهلاك للطاقة، مما يساهم في انبعاثات الغازات الدفيئة (GHG).

في الواقع، ينتج عن إنتاج النيكل التقليدي حوالي 20 طنًا من ثاني أكسيد الكربون لكل طن من النيكل. في عام 2019، كان تعدين النيكل مسؤولًا عن حوالي 120 مليون طن متري من مكافئ ثاني أكسيد الكربون (CO2e) على مستوى العالم.

وفقًا للدراسة الصادرة عن MPI‑SusMat، فإن البصمة الكلية للصناعة تبلغ حوالي 20‑27 طنًا من CO2e لكل طن من النيكل، وهو أكثر من 10 أضعاف ما ينتج عن الفولاذ، الذي يبلغ 2.3 طن من CO2e لكل طن. وبالتالي، يُعد النيكل معدنًا ضارًا بيئيًا للغاية عند استخراجه.

انبعاثات ثاني أكسيد الكربون هي المحرك الرئيسي لتغير المناخ، وإذا رغبت صناعة إنتاج النيكل في مكافحتها وتحقيق الحياد المناخي، يجب خفض انبعاثات الكربون لديها بشكل جذري.

من المثير للاهتمام، أن الجهود العالمية لتقليل انبعاثات الكربون تشمل اتجاه التحول إلى الكهرباء، حيث يتم استبدال استخدام الوقود الأحفوري بالكهرباء. ومع ذلك، يعتمد هذا التحول بشكل كبير على النيكل، مما يقلل بشكل كبير من تأثير المبادرات ويثير القلق بشأن نقل العبء البيئي إلى مجال التعدين. وفقًا للمؤلف الأول للدراسة، عبيد مانزور، باحث دكتوراه في MPI‑SusMat:

“إذا استمررنا في إنتاج النيكل بالطريقة التقليدية واستخدامه في التحول إلى الكهرباء، فإننا فقط ننقل المشكلة بدلاً من حلها.” 

لذلك، من خلال طريقتهم الجديدة لإنتاج النيكل، يقدم الباحثون مسارًا مستدامًا لاستخلاص المعدن من الخامات حيث يستبدل البلازما الهيدروجينية الكربون، مما يجعل العملية خالية من ثاني أكسيد الكربون، كما أنها توفر الطاقة والوقت. ومن الجدير بالذكر أنها تستخدم خامات نيكل منخفضة الجودة، التي تم إغفالها بسبب تعقيدها.

حاليًا، يتم تحديد معالجة هذه الخامات صناعيًا، وتحديدًا الني‑لاتريت، بناءً على البنية البلورية للطور الحامل للنيكل ومحتوى النيكل والحديد في الخام.

عادةً ما تُعالج خامات الليمونيت ذات محتوى النيكل والمغنيسيوم المنخفض (<4 wt% Mg) من خلال عملية الغسل الحمضي عالي الضغط (HPAL) لاستخلاص النيكل والكوبالت (Co) إذا كان موجودًا. يتطلب هذا استهلاكًا هائلًا للطاقة، يتراوح بين 230‑570 جيجا جول لكل طن من النيكل، وهو ما يتجاوز بكثير الـ22 جيجا جول لكل طن المطلوب لإنتاج الفولاذ.

في ظل هذا السياق المقلق، توعد نهج الدراسة بالابتعاد عن التقنيات الصناعية التقليدية. من خلال استبدال عوامل الاختزال القائمة على الكربون (C) والكبريت (S) بالهيدروجين، تقلل الدراسة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت (SO2) المباشرة.

كما يتجاوز استخدام الأحماض الضارة مثل حمض الكبريتيك (H2SO4) في عملية HPAL ويقضي على الحاجة إلى المعالجات المسبقة واللاحقة المكلفة.

ثورة معالجة النيكل بالهيدروجين خطوة واحدة

تم دعم البحث بمنحة متقدمة من المجلس الأوروبي للبحوث، ونُشر في مجلة Nature. يوضح العملية الجديدة لاستخلاص النيكل¹.

نهجهم المختلف تمامًا هو عملية صهر واختزال لشحنة خام مجففة بالكامل في خطوة معدنية واحدة باستخدام بلازما الهيدروجين.

تدمج هذه العملية بين الكلسنة، والصهر، والتكرير في خطوة واحدة. تحدث جميع هذه العمليات في الوقت نفسه وفي فرن واحد. مكن ذلك الفريق من استخراج الفيرونيكل عالي الجودة مباشرةً، وهو مادة معدنية مكوّنة من الحديد والنيكل وتُستخدم كعامل سبيكي، من شحنة الخام المجففة في خطوة واحدة.

عند الإشارة إلى “خطوة واحدة”، يقصد الباحثون إنتاج الفيرونيكل المكرر من خام مجفف في عملية معدنية واحدة مقارنةً بمسار RKEF. يُعد RKEF، أو فرن دوار كهربائي، طريقة لإنتاج الفيرونيكل من خامات النيكل اللاتريتية. يتضمن ثلاث مراحل: كلسنة الخام المجفف، ثم صهره في فرن قوس كهربائي (EAF)، وأخيرًا التكرير لتقليل الشوائب إلى مستويات مقبولة.

في المقابل، تغطي عملية اختزال الصهر بالبلازما الهيدروجينية (HPSR) كل ذلك في خطوة واحدة.

باستخدام نهجهم، أنتج الباحثون سبائك فيرونيكل مكررة وعالية الجودة بسرعة اختزال عالية. تحتوي السبيكة على شوائب قليلة بفضل التحكم الديناميكي الحراري في جو الفرن، مما مكنه من اختزال النيكل انتقائيًا. إذ كان محتوى السيليكون (Si) أقل من 0.08٪ وزن، والكالسيوم (Ca) أقل من 0.09٪ وزن، والفوسفور (P) تقريبًا 0.00٪ وزن، مما سمح بإلغاء الحاجة إلى مزيد من التكرير.

“باستخدام بلازما الهيدروجين والتحكم في العمليات الديناميكية الحرارية داخل فرن القوس الكهربائي، نستطيع تفكيك البنية المعقدة للمعادن في خامات النيكل منخفضة الجودة إلى أنواع أيونية أبسط – حتى دون استخدام محفزات.”

– المؤلف المراسل الأستاذ إيسنالدى سوزا فيليو، رئيس مجموعة “التوليف المستدام للمواد” في MPI‑SusMat

قابل للتشغيل بالكامل على الطاقة المتجددة، يستبدل العملية الجديدة الوقود والمواد المختزلة القائمة على الكربون بالكهرباء المتجددة والهيدروجين. بهذه الطريقة، توفر ما يصل إلى 18٪ من الطاقة وتحقق تخفيضًا يصل إلى 84٪ في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

تدعم الأدلة التجريبية من الدراسة عملية HPSR خطوة واحدة كبديل مستدام لإنتاج المعادن من كل من الأكاسيد والسيليكات، مما يوسع خيارات المواد الخام إلى معادن منخفضة التكلفة ومنخفضة الجودة.

بشكل عام، يتيح هذا النهج المستدام الاستخدام المفيد للنيكل في تقنيات الطاقة المستدامة مع التخفيف من الضرر البيئي الناجم عن إنتاجه. يمكن تطبيق نفس العملية أيضًا على عنصر بطاري آخر أساسي، وهو الكوبالت.

ومن الجدير بالذكر أن توسيع العملية لتطبيقات صناعية ممكن، وهو الخطوة التالية للفريق. سيتطلب ذلك تنفيذ أقواس قصيرة ذات تيارات عالية، أو استخدام حقن الغاز، أو دمج جهاز تحريك كهرومغناطيسي خارجي تحت الفرن. سيضمن ذلك وصول الصهر غير المختزل باستمرار إلى واجهة التفاعل، حيث يحدث اختزال خامات النيكل إلى أنواع أيونية أبسط.

يمكن تحقيق ذلك من خلال طرق صناعية راسخة، مما يسمح بدمج الطريقة الجديدة في العمليات القائمة.

الاستثمار في النيكل الأخضر

Tesla (TSLA ) هي واحدة من الأسماء الرئيسية التي تدفع نحو الحصول على نيكل أنظف. مع اعتماد السيارات الكهربائية بشكل كبير على بطاريات غنية بالنيكل، بدأت الشركة في تأمين الإمدادات من منتجين يركزون على تقليل الانبعاثات وتحسين معايير التعدين، مثل عمليات BHP في أستراليا.

And when Tesla chooses greener nickel, it influences how the rest of the industry thinks about sourcing, which is why it plays such a central role in this space.

Tesla (TSLA ) 

During the company’s Q2 2020 Earnings Call, Musk urged miners to invest in “environmentally-friendly nickel mining at high volume” in preparation for the increase in EV production over the next few years.

في عام 2022، أبرمت اتفاقية مع شركة المعادن تالن (TSX:TLO) لتوريد النيكل من مشروع تاماراك عالي الجودة في مينيسوتا. وقال الرئيس التنفيذي لتالن، هنري فان رويين، إن الشراكة “من أجل إنتاج مسؤول لمواد البطاريات مباشرةً من المنجم إلى قطب البطارية”، مشيرًا إلى أن الشركة تمتلك “أقل بصمة كربونية مدمجة في الصناعة”.

في الوقت نفسه، أشادت Tesla بالنهج المبتكر لتالن في اكتشاف وتطوير وإنتاج مواد البطاريات، والذي يشمل تخزين الكربون بشكل دائم واستكشاف استخراج مواد جديدة.

في نفس العام، وقعت Tesla أيضًا عقدًا طويل الأجل مع شركة فالي لتوريد النيكل منخفض الكربون من عملياتها الكندية.

حتى قبل ذلك، تعاونت Tesla مع مجموعة BHP الأسترالية ذات القيمة السوقية التي تبلغ 127.7 مليار دولار، والتي تشارك في إنتاج نيكل منخفض الكربون للسيارات الكهربائية، لتحسين مرونة سلسلة إمداد البطاريات وتقليل الانبعاثات الكربونية.

في أواخر العام الماضي، بدأت BHP بناء أنظمة طاقة شمسية وتخزين بطارية للمنجم خارج الشبكة لتشغيل عمليات Nickel West Mount Kit و Leinster، التي ستزود العنصر إلى Tesla.

المشروع هو “أول مشروع طاقة متجددة كبير الحجم خارج الشبكة لشركة BHP عبر عملياتها العالمية، وسيزيل ما يعادل ما يصل إلى 23,000 سيارة بمحرك احتراق من الطرق كل عام، داعمًا أهدافنا لخفض الغازات الدفيئة”، صرحت جيسيكا فاريل، رئيسة أصول BHP Nickel West.

فيما يتعلق بأداء سوق Tesla، يتم تداول أسهمها حاليًا عند 340.20 دولارًا، ولا تزال منخفضة بنحو 14٪ هذا العام حتى الآن، بعد تعافيها من أدنى مستوى بلغ 217.80 دولارًا في الشهر الماضي. هذا التعافي يجعل أسهم TSLA تتجه ببطء نحو أعلى مستوى تاريخي تقريبًا يبلغ 484 دولارًا الذي وصل إليه في ديسمبر 2024.

الآن، تجاوزت القيمة السوقية لشركة Tesla تريليون دولار (بالضبط 1.2 تريليون دولار) بينما يبلغ ربح السهم (TTM) 1.82 ومضاعف السعر إلى الأرباح (P/E) (TTM) 191.36.

في الوقت نفسه، تُظهر النتائج المالية للربع الأول من عام 2025 انخفاضًا بنسبة 9٪ في الإيرادات مقارنةً بالعام السابق لتصل إلى 21.3 مليار دولار. وسُجل انخفاض كبير بنسبة 20٪ في إيراداتها من قطاع السيارات إلى 14 مليار دولار، بينما ارتفعت إيرادات الائتمانات بنسبة 37.7٪ إلى 595 مليون دولار، وزادت إيرادات توليد الطاقة وتخزينها بنسبة قوية بلغت 67٪ لتصل إلى 2.73 مليار دولار.

علاوة على ذلك، شهد صافي الدخل انخفاضًا إلى 409 ملايين دولار، أي 12 سنتًا للسهم، بينما انخفض الدخل التشغيلي إلى 400 ملايين دولار، مما أدى إلى هامش تشغيلي بنسبة 2.1٪.

إلى جانب حوافز المبيعات وانخفاض متوسط أسعار البيع، يُعزى الانخفاض إلى الحاجة إلى تحديث خطوط الإنتاج في مصانعها لبدء تصنيع إصدارات محدثة من سيارة Model Y SUV.

خلال هذه الفترة، أنتجت Tesla أكثر من 362,000 مركبة وسلمت ما يزيد قليلاً عن 336,000 مركبة. “بينما أدى تحويل خطوط Model Y عبر جميع مصانعنا الأربعة إلى فقدان عدة أسابيع من الإنتاج في الربع الأول، فإن تسارع إنتاج Model Y الجديد مستمر بشكل جيد”، أشار الشركة في البيان الصحفي.

كما نشرت Tesla 10.4 جيجاواط ساعة من منتجات تخزين الطاقة في الربع الأول من عام 2025. وأشارت الشركة إلى أن نمو البنية التحتية للذكاء الاصطناعي “يخلق فرصة غير عادية” لهذا القطاع لتثبيت الشبكة.

في عرض المساهمين الخاص بها، حذرت شركة السيارات المستثمرين من “عدم اليقين” في الأسواق بسبب سياسات التجارة المتطورة بسرعة والتي تؤثر سلبًا على السواحل وسلسلة الإمداد. وتُتوقع Tesla أن “الديناميكيات” و“تغير المشاعر السياسية” سيؤثران على الطلب على منتجاتها في الأجل القريب.

في ظل ذلك، تواجه Tesla منافسة من المنافسين الصينيين الأقل تكلفة في سوق السيارات الكهربائية ومن Waymo التابعة لـ Alphabet (GOOG ) في قطاع الروبوتاكسي. 

الخلاصة

النيكل هو أساس الانتقال إلى الطاقة النظيفة، لكن طرق استخراجه التقليدية تضر بالبيئة وتقوض الأهداف التي يساعد في تحقيقها.

في ظل هذا السياق، توفر الابتكارات مثل صهر البلازما الهيدروجينية مسارًا واعدًا لإزالة الكربون من إنتاج النيكل. يفتح هذا النهج لإنتاج النيكل الأخضر من MPI‑SusMat الباب أمام كهربائية أكثر استدامة لقطاع النقل. ولا ننسى أن سبيكة النيكل المُنتجة من خام منخفض الجودة يمكن استخدامها مباشرةً في إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ، وبعد مزيد من التكرير، كمادة قطب كهربائي في البطاريات. وحتى النفايات (الخبث) الناتجة عن العملية يمكن أن توفر موردًا قيمًا لصناعة البناء.

إذن، توفر عملية إنتاج النيكل المستدامة الجديدة إمكانات كبيرة للتوسع وتطوير السيارات الكهربائية وتخزين الشبكة، واعدةً بمستقبل أكثر خضرة!

انقر هنا للحصول على قائمة بأهم معادن البطاريات وأسهم التعدين في الطاقة المتجددة.

الدراسات المشار إليها:

1. Manzoor, U., Mujica Roncery, L., Raabe, D., & Souza Filho, I. R. (2025). النيكل المستدام الممكن بفضل الاختزال القائم على الهيدروجين. Nature, 641(8062), 365–373. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08901-7