पहल ब्राजील को बढ़ते लिथियम बैटरी बाजार में शामिल कर सकती है
लिथियम बैटरी का उपयोग इलेक्ट्रिक वाहनों में ऊर्जा को स्टोर करने के लिए किया जाता है, ब्राजील में विस्तार के लिए महान जगह वाला बाजार
ब्राजील जल्द ही उन देशों के समूह में शामिल हो सकता है जो इलेक्ट्रिक मोबिलिटी के लिए बैटरी का निर्माण करते हैं, चीन, संयुक्त राज्य अमेरिका, जापान और दक्षिण कोरिया के नेतृत्व में एक खंड। कम से कम चार पहल, जिसमें विदेशी कंपनियों के सहयोग से राष्ट्रीय कंपनियां शामिल हैं, देश में चल रही हैं वह उद्देश्य। उनमें से ज्यादातर में, अंतरराष्ट्रीय साझेदार द्वारा बैटरी तकनीक विकसित की गई है या विकसित की जा रही है।
परियोजनाओं में से एक का नेतृत्व मिनस गेरैस डेवलपमेंट कंपनी (कोडेम्ज) कर रहा है, जिसने इस क्षेत्र में लिथियम-सल्फर (ली-एस) बैटरी कोशिकाओं के पहले औद्योगिक पैमाने के कारखाने की स्थापना के लिए अंग्रेजी कंपनी ऑक्सिस एनर्जी के साथ 2018 में एक समझौते पर हस्ताक्षर किए। दुनिया। ऑक्सिस के अनुसार, प्रौद्योगिकी का प्रदर्शन और सुरक्षा लिथियम-आयन बैटरी से बेहतर है, जो मुख्य समाधान है जो इलेक्ट्रिक वाहन बाजार की आपूर्ति करता है।
पारंपरिक बैटरी निर्माता मौरा, फ्यूल सेल सिस्टम डेवलपर इलेक्ट्रोसेल और एक कंसोर्टियम जो कम्पैनहिया ब्रासीलीरा डी मेटलर्जिया ई मिनराकाओ (सीबीएमएम) और तोशिबा के जापानी खनिकों को एक साथ लाता है, ने भी इस सेगमेंट में खुद को स्थापित करने की योजना बनाई है।
सबसे पहले, ऑक्सिस ब्रासिल का लक्ष्य, कोडेम्ज और ऑक्सिस एनर्जी के बीच साझेदारी के परिणामस्वरूप एक उपक्रम, भारी वाहनों का खंड होगा, जैसे कि बसें और ट्रक, और रक्षा और एयरोस्पेस उद्योग, ड्रोन, उपग्रह और ऊर्ध्वाधर में अनुप्रयोगों के साथ टेक-ऑफ और लैंडिंग इलेक्ट्रिक वाहन (eVTOLs)।
56 मिलियन अमेरिकी डॉलर के निवेश के साथ बेलो होरिज़ोंटे के मेट्रोपॉलिटन क्षेत्र में नोवा लीमा में निर्मित होने की योजना है, कारखाने को 2022 में 300 हजार बैटरी कोशिकाओं के वार्षिक उत्पादन के साथ काम करना शुरू कर देना चाहिए। दूसरे वर्ष में, उम्मीद कुल क्षमता का आधा, 1.2 मिलियन यूनिट तक पहुंचने की उम्मीद है। संरचना पहले से ही भविष्य के विस्तार की उम्मीद करती है, जो 4.8 मिलियन कोशिकाओं के वार्षिक उत्पादन की अनुमति देगी।
एक वाहन बैटरी वास्तव में छोटी बैटरी (सेल कहा जाता है) का एक सेट है, जो एकीकृत होती है, एक पैकेज बनाती है, और बीएमएस (बैटरी प्रबंधन प्रणाली या बैटरी प्रबंधन प्रणाली) नामक सॉफ़्टवेयर द्वारा प्रबंधित की जाती है। सीरियल और समानांतर कनेक्शन के साथ एक विशिष्ट सेल पैकेज प्रत्येक एप्लिकेशन के लिए डिज़ाइन किया गया है।
उदाहरण के लिए, बसों के लिए एक बैटरी के लिए लगभग 10,000 सेल की आवश्यकता होती है। कोडेम्ज की नई व्यावसायिक इकाई के प्रबंधक रोड्रिगो मेस्क्विटा ने सूचित किया कि कारखाना बैटरी उत्पादन के लिए समर्पित नहीं होगा। यह कार्य उन कंपनियों द्वारा किया जाएगा जो कोशिकाओं और बीएमएस सिस्टम को एकीकृत करती हैं।
इस साल का रसायन विज्ञान का नोबेल पुरस्कार लिथियम बैटरी से संबंधित शोध करने वाले तीन शोधकर्ताओं को दिया गया“हम उन भागीदारों को परिभाषित करने की प्रक्रिया में हैं जो इस एकीकरण को अंजाम देंगे। हम उनमें से कुछ को ब्राजील की ओर आकर्षित करने की उम्मीद करते हैं”, वे कहते हैं। भविष्य के बैटरी ग्राहकों द्वारा इंटीग्रेटर्स को नामित किया जाना चाहिए। जिन कंपनियों ने पहले ही उपकरण में रुचि दिखाई है उनमें ब्राजीलियाई एम्ब्रेयर, उत्तरी अमेरिकी बोइंग और लॉकहीड मार्टिन, यूरोपीय संघ एयरबस और जर्मन मर्सिडीज-बेंज और पोर्श शामिल हैं।
लिथियम-सल्फर बैटरी सेल तकनीक ऑक्सिस एनर्जी द्वारा विकसित की गई थी। कोडेमेज ने पिछले साल इसके द्वारा बनाए गए एरोटेक निवेश कोष के माध्यम से ऑक्सिस एनर्जी में 12% हिस्सेदारी के लिए आर $ 18.6 मिलियन का निवेश किया और मिनस गेरैस में लिथियम की उत्पादन श्रृंखला को मोटा करने के लिए औद्योगिक परियोजना को ब्राजील लाया। राज्य के उत्तर-पूर्व में वेले डो जेक्विटिनहोन्हा का क्षेत्र खुद को अयस्क के एक प्रमुख उत्पादक के रूप में स्थापित करने की क्षमता के साथ उभरता है।
ऑक्सिस ब्रासिल ग्रह पर लिथियम-सल्फर बैटरी के लिए व्यावसायिक पैमाने पर पहला कारखाना होगा। दुनिया भर के कई शोध केंद्रों में प्रौद्योगिकी का विकास हो रहा है। जापान में, सोनी सामग्री से स्मार्टफोन बैटरी बनाने का काम करता है, जबकि संयुक्त राज्य अमेरिका में, सायन पावर कॉर्पोरेशन लिथियम-सल्फर वाहन बैटरी विकसित करता है। यह 16 कंपनियों से बना एक यूरोपीय संघ प्रोजेटो एलिस का भी उद्देश्य है, जिसमें ऑक्सिस एनर्जी एक हिस्सा है, जिसका ध्यान नई सामग्री के विकास और सल्फर और लिथियम प्रौद्योगिकी में शामिल विद्युत रासायनिक प्रक्रियाओं की समझ है।
2018 में, ब्राजील ने केवल 600 टन (टी) लिथियम का उत्पादन किया, जो वैश्विक बाजार के लगभग 0.7% के बराबर है। ब्राजीलियाई उत्पादन कॉम्पैनहिया ब्रासीलीरा डी लिटियो (सीबीएल) द्वारा किया गया था, एक कंपनी जिसमें कोडेमेज का इक्विटी हित है। ब्राजील के भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण का अनुमान है कि जेक्विटिनहोन्हा घाटी में केंद्रित राष्ट्रीय भंडार, दुनिया के अयस्क का 8%, लगभग 14 मिलियन टन है। ऑस्ट्रेलिया और चिली क्रमशः 51,000 टन और 16,000 टन के साथ लिथियम के सबसे बड़े वैश्विक उत्पादक हैं।
लिथियम उच्च ऊर्जा घनत्व वाली एक हल्की धातु है, अर्थात, यह पहले सेल फोन और नोटबुक में उपयोग की जाने वाली निकल-कैडमियम बैटरी या पारंपरिक लेड-एसिड कार की तुलना में कम जगह में अधिक ऊर्जा केंद्रित करने में सक्षम है। दहन वाहन इंजन को सक्रिय करें (पेस्क्विसा FAPESP nº 258 देखें)।
अधिकांश लिथियम-आयन बैटरी एक संयोजन के साथ बनाई जाती हैं जिसमें एनोड (नकारात्मक ध्रुव) ग्रेफाइट कार्बन से बना होता है, जबकि कैथोड (पॉजिटिव पोल) लिथियम ऑक्साइड और धातुओं के मिश्रण से बना होता है, जिसमें निकल, मैंगनीज और कोबाल्ट शामिल होते हैं। इलेक्ट्रोलाइट (जिस माध्यम से आयन परमाणु ध्रुवों के बीच गति करते हैं) कार्बनिक सॉल्वैंट्स और लिथियम लवण का मिश्रण है।
कोडेम्ज में अनुसंधान, विकास और नवाचार (आरडी एंड आई) परियोजनाओं के समन्वयक वाल्डिरेन पेरेसिनोटो बताते हैं कि, प्रयुक्त सामग्री और उत्पादन प्रक्रिया के कारण, सामग्री का यह संयोजन तनावपूर्ण परिस्थितियों के संपर्क में आने पर सुरक्षा समस्याएं प्रस्तुत करता है, जैसे कि 45 oC से ऊपर हीटिंग, शॉर्ट सर्किट और वेध, एक जोखिम जो वाहन के टकराने की स्थिति में मौजूद होता है।
ऑक्सिस एनर्जी द्वारा बनाया गया बैटरी समाधान एनोड में धातु लिथियम के उपयोग, ग्रेफाइट कार्बन की जगह, और कैथोड में सल्फर और कार्बन के संयोजन की भविष्यवाणी करता है। कंपनी ने कैथोड और इलेक्ट्रोलाइट के लिए अपनी तकनीक विकसित की है। किए गए परीक्षणों से संकेत मिलता है कि ये नई बैटरियां सुरक्षित हैं, माइनस 60oC से माइनस 80oC तक के तापमान पर सामान्य रूप से काम करती हैं और पंचर होने या शॉर्ट सर्किट की स्थिति में विस्फोट नहीं करती हैं।
परिचालन सुरक्षा के अलावा, लिथियम-सल्फर बैटरी का एक अन्य लाभ ऊर्जा घनत्व है। जबकि लिथियम-आयन बैटरी अधिकतम 240 वाट-घंटे प्रति किलो (Wh/kg) पर ध्यान केंद्रित करती है, लिथियम-सल्फर वाले 450 Wh/kg स्टोर करते हैं। व्यवहार में, इससे छोटी, हल्की बैटरी बनाना संभव हो जाता है जो वाहनों को अधिक स्वायत्तता प्रदान करती हैं।
एक महत्वपूर्ण तथ्य, पेरेसिनोटो को देखता है, यह है कि लिथियम-आयन वाले पहले से ही अपनी सैद्धांतिक दक्षता सीमा के करीब हैं, जबकि लिथियम-सल्फर वाले में अभी भी ऊर्जा घनत्व के संबंध में विकास क्षमता है। "ऑक्सी को 2020 तक 550 Wh/kg के घनत्व तक पहुंचने की उम्मीद है", Codemge के RD&I समन्वयक को सूचित करता है।
अरक्सा (एमजी) में मुख्यालय, सीबीएमएम नाइओबियम का सबसे बड़ा वैश्विक उत्पादक है (पेस्क्विसा एफएपीईएसपी संख्या 277 देखें)। 2018 में, इसने एक नई लिथियम बैटरी बनाने के लिए तोशिबा कॉर्पोरेशन के साथ भागीदारी की। तोशिबा के अनुसंधान एवं विकास विभाग का प्रस्ताव कैथोड में लिथियम धातु मिश्र धातु के पारंपरिक विन्यास को ध्यान में रखते हुए कार्बन एनोड को नाइओबियम और टाइटेनियम (एनटीओ) के मिश्रित ऑक्साइड से बदलना है।
सीबीएमएम में बैटरी के कार्यकारी प्रबंधक रोजेरियो मार्केस रिबास के अनुसार, जबकि कार्बन एनोड लिथियम के प्रति प्रतिक्रिया करता है और संरचनात्मक तनाव उत्पन्न करता है, जैसे कि रिचार्ज के दौरान 13% मात्रा में वृद्धि, एनटीओ अलग तरह से व्यवहार करता है। "यह अंतर अधिक शक्ति और तेज रिचार्ज की अनुमति देता है", उन्होंने प्रकाश डाला।
समान ऊर्जा चार्ज वाली दो बैटरियों की तुलना करते हुए, जबकि लिथियम-आयन संस्करण को रिचार्ज करने में चार घंटे लगते हैं, NTO संस्करण को केवल 10 मिनट की आवश्यकता होती है। एनटीओ बैटरी में 15 साल से अधिक के वाहनों में उपयोग के लिए स्थायित्व भी है, जबकि लिथियम-आयन बैटरी में पहले से प्राप्त सीमा पांच से 10 साल है। एक अन्य लाभ यह है कि एनटीओ एनोड हीटिंग या ड्रिलिंग के कारण तनाव की स्थितियों में अधिक सुरक्षा प्रदान करता है।
सीबीएमएम और तोशिबा के बीच साझेदारी प्रत्येक कंपनी को एक पायलट प्लांट में 7.2 मिलियन अमेरिकी डॉलर का निवेश करने का आह्वान करती है, जो जापान के योकोहामा में बनाया जा रहा है, और दो साल के भीतर परीक्षण के लिए पहली इकाइयों का उत्पादन करेगा। रिबास कहते हैं, "हमारी उम्मीद 2021 में ग्राहकों द्वारा अनुमोदित तकनीक की है, जो औद्योगिक पैमाने पर उत्पादन लाइन के निर्माण की गारंटी होगी।"
उनके अनुसार, कैलिफोर्निया के सैन डिएगो में, उत्तरी अमेरिकी वाइल्डकैट डिस्कवरी टेक्नोलॉजीज द्वारा बैटरी में नाइओबियम के उपयोग के लिए एक और परियोजना की जा रही है। सीबीएमएम भी परियोजना में भागीदार है, जिसका उद्देश्य कैथोड में नाइओबियम का उपयोग करना है। परियोजना विकास के प्रारंभिक चरण में है।
इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए रिचार्जेबल बैटरी में बेहतर प्रदर्शन की खोज कुछ दशक पहले शुरू हुए विश्वव्यापी प्रयास को दर्शाती है। अक्टूबर में रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज द्वारा घोषित, रसायन विज्ञान में 2019 का नोबेल पुरस्कार अमेरिकी गणितज्ञ और भौतिक विज्ञानी जॉन बैनिस्टर गुडएनफ, ब्रिटिश रसायनज्ञ एम। स्टेनली व्हिटिंगम और जापानी रसायनज्ञ अकीरा योशिनो को 1970 और 1980 में उनके अध्ययन के लिए प्रदान किया गया था। आधुनिक लिथियम-आयन बैटरी के विकास और व्यावसायिक उत्पादन का नेतृत्व किया।
इंटरनेशनल एनर्जी एजेंसी (IEA) द्वारा प्रकाशित ग्लोबल EV आउटलुक 2019 की रिपोर्ट के अनुसार, आज जो मुख्य कार्य प्रगति पर है, उसमें बैटरी की रासायनिक विशेषताओं में परिवर्तन शामिल हैं, जैसे लिथियम ऑक्साइड से निर्मित कैथोड और 80% निकल से बनी धातु संरचना , 10% मैंगनीज और 10% कोबाल्ट, वर्तमान के विपरीत, जिसमें तीन धातुओं का बराबर हिस्सा होता है।
विकास की एक अन्य पंक्ति निकल, कोबाल्ट और एल्यूमीनियम ऑक्साइड के साथ लिथियम कैथोड है, जो केवल छोटी बैटरी में उपयोग किया जाने वाला समाधान है। एनोड में आवेदन के लिए सबसे अधिक अध्ययन की जाने वाली सामग्री सिलिकॉन-ग्रेफाइट मिश्रित है। ऑटो उद्योग को 2025 तक ऊर्जा घनत्व बढ़ाने और लागत कम करने में महत्वपूर्ण प्रगति की उम्मीद है।
IEA के अनुसार, इलेक्ट्रिक कारों (शुद्ध और हाइब्रिड) का वैश्विक बेड़ा 2018 में 5.1 मिलियन वाहनों को पार कर गया और बस बेड़े 460,000 यूनिट तक पहुंच गया। 2030 की उम्मीद में ऐसे परिदृश्य शामिल हैं जिनमें कार का बेड़ा 130 मिलियन से 250 मिलियन तक होगा। नेशनल एसोसिएशन ऑफ ऑटोमोटिव व्हीकल मैन्युफैक्चरर्स (Anfavea) के आंकड़ों के मुताबिक, ब्राजील में 2018 में इलेक्ट्रिक और हाइब्रिड वाहनों की संख्या 10.6 हजार यूनिट तक पहुंच गई। ब्राजील के बाजार के लिए कोई अनुमान नहीं है, लेकिन राष्ट्रीय बेड़े के विस्तार की उम्मीद कंपनियों को स्थानीय स्तर पर लिथियम आयन बैटरी का उत्पादन करने के लिए प्रेरित करती है।
लीड वेहिकल बैटरियों के एक पारंपरिक निर्माता ग्रुपो मौरा ने बेलो जार्डिम (पीई) में अपने मुख्यालय में लिथियम बैटरी आर एंड डी इकाई की स्थापना की है। अभी भी 2019 में, फोर्कलिफ्ट का पहला संस्करण बाजार में आता है। कंपनी ने सबसे पहले, बस बाजार में सेवा देने के उद्देश्य से, भारी वाहनों के लिए बैटरी प्रौद्योगिकी के धारक अमेरिकी Xalt एनर्जी के साथ एक साझेदारी में प्रवेश किया। साओ पाउलो निर्माता इलेट्रा के साथ एक अनुबंध पर हस्ताक्षर किए गए थे (पेस्क्विसा एफएपीईएसपी संख्या 283 देखें)।
मौरा में लिथियम डिवीजन के निदेशक फर्नांडो कैस्टेलाओ ने बताया कि कंपनी ब्राजील में उपयोग की शर्तों के लिए Xalt बैटरी को अनुकूलित करेगी। 2018 में खोला गया एक नया मौरा कारखाना आइटम का उत्पादन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। Castelão के अनुसार, लिथियम-आयन बैटरी को पानी के संपर्क से पर्याप्त सीलिंग और सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए विशेष सुरक्षा सावधानियों की आवश्यकता होती है। सही तापमान बनाए रखने के लिए उन्हें शीतलन प्रणाली की भी आवश्यकता होती है। "ब्राजील में वाहन उत्तरी देशों से अलग जलवायु परिस्थितियों के अधीन हैं", कार्यकारी पर प्रकाश डाला गया।
साओ पाउलो में, इलेक्ट्रोसेल, साओ पाउलो विश्वविद्यालय (यूएसपी) के सेंटर फॉर इनोवेशन, एंटरप्रेन्योरशिप एंड टेक्नोलॉजी (सीटेक) में स्थित एक कंपनी, 2007 से वाहन लिथियम-आयन बैटरी के विकास पर काम कर रही है, एक से उत्पन्न होने वाली तकनीक FAPESP के पाइप प्रोग्राम द्वारा समर्थित ईंधन सेल से संबंधित परियोजना। कंपनी ने ब्रासिल वीई सुपरलेव्स के साथ साझेदारी की, जो कजमार (एसपी) में अनहंगुएरा बिजनेस पार्क में स्थापित सुपर-कॉम्पैक्ट चेसिस वाले वाहनों का एक राष्ट्रीय असेंबलर है, और दिसंबर में अपनी औद्योगिक गतिविधि शुरू करने की उम्मीद है। लक्ष्य प्रति माह 40 से 200 इकाइयों के बीच उत्पादन करना है, जिसमें दो और चार सीटों वाले यात्री वाहन, मिनी ट्रक और 12 और 24 सीटों वाली बसें शामिल हैं।
जर्मनी में लिथियम बैटरी के निर्माण में विशेषज्ञता वाले एक रासायनिक इंजीनियर, इलेक्ट्रोसेल गेरहार्ड एट के निदेशक बताते हैं कि कंपनी शुरू में देश में कोशिकाओं का आयात करेगी और लिथियम बैटरी को एकीकृत करेगी। पहला बैच जर्मनी से आएगा, लेकिन कंपनी के चीन, संयुक्त राज्य अमेरिका और दक्षिण कोरिया में भी व्यावसायिक संपर्क हैं। “हमारा लक्ष्य स्थानीय स्तर पर सभी उत्पादन करना है। हमारे पास पहले से ही आवश्यक तकनीकी ज्ञान है और निर्माण प्रक्रिया में महारत हासिल है। हमें उत्पादन शुरू करने के लिए बस पैमाने की जरूरत है, ”एट कहते हैं, जो साओ बर्नार्डो डो कैम्पो (एसपी) में एफईआई विश्वविद्यालय केंद्र में प्रोफेसर भी हैं।
एबीसी (सीईसी-यूएफएबीसी) के संघीय विश्वविद्यालय में इंजीनियरिंग, मॉडलिंग और एप्लाइड सोशल साइंसेज के केंद्र से मैकेनिकल इंजीनियर पाउलो हेनरिक डी मेलो संत'आना के लिए, बैटरी के उत्पादन में महारत हासिल करना इलेक्ट्रिक मोबिलिटी के भविष्य में रणनीतिक होगा। उनके अनुसार, ब्राजील के लिए खुद को एक प्रौद्योगिकी विकासकर्ता के रूप में स्थापित करना आवश्यक है, न कि केवल तैयार उत्पादों के खरीदार के रूप में। "हम अभी भी नहीं जानते हैं कि सीबीएमएम और तोशिबा या ऑक्सिस के साथ कोडेमेज जैसी पहलों में आर्थिक व्यवहार्यता और वर्तमान लिथियम बैटरी के प्रदर्शन को बढ़ाने की क्षमता होगी, लेकिन यह उत्कृष्ट है कि ब्राजीलियाई विकास प्रक्रिया में शामिल हैं", उन्होंने घोषणा की।
परियोजनाओं
- रासायनिक प्रक्रियाओं में लागू इंजेक्शन ग्रेफाइट कंपोजिट का विकास (एनº 04/09113-3); छोटे व्यवसायों (पाइप) में मॉडेलिटी इनोवेटिव रिसर्च; जिम्मेदार शोधकर्ता Volkmar Ett (इलेक्ट्रोसेल); निवेश आर $ 601,848.93।
- अर्ध-स्वचालित ईंधन सेल असेंबली लाइन का विकास और निर्माण (एनº 04/13975-0); छोटे व्यवसायों (पाइप) में मॉडेलिटी इनोवेटिव रिसर्च; फाइनप पाइप-पप्पे समझौता; जिम्मेदार शोधकर्ता गेरहार्ड एट्टी (इलेक्ट्रोसेल); निवेश आर$433,815.72।
- निगरानी, निदान, नियंत्रण और बाह्य उपकरणों के लिए सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर के साथ एकीकृत ईंधन कोशिकाओं का विकास (एनº 00/13120-4); छोटे व्यवसायों (पाइप) में मॉडेलिटी इनोवेटिव रिसर्च; जिम्मेदार शोधकर्ता गेरहार्ड एट्टी (इलेक्ट्रोसेल); निवेश आर$352,705.02।
