เบื้องหลัง แบตเตอรี่ลิเธียม ราคาพลังงานสะอาดที่โลกต้องจ่าย

แบตเตอรี่ที่ทั้งไฮเทคและมีประสิทธิภาพสูงคือสิ่งที่อยู่เบื้องหลังเทคโนโลยีใหม่ ๆ มากมายที่เราใช้กันในชีวิตประจำวัน แล้วเราจะทราบได้อย่างไรว่า แบตเตอรี่ลิเธียม ที่ใช้มีกระบวนการการทำงานอย่างไร และส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมมากน้อยแค่ไหน ร่วมหาคำตอบไปพร้อมกันได้ในบทความนี้

แบตเตอรี่ลิเธียม – บนยอดเขาแอนดีส ทางตะวันตกเฉียงใต้ของประเทศโบลิเวีย มีทะเลสาบกว้างใหญ่สุดลูกหูลูกตาซึ่งถูกปกคลุมไปด้วยผลึกเกลือสีขาวโพลนสะท้อนกับแดดอันแรงกล้า สถานที่แห่งนี้มีชื่อว่า ซาลาร์ เดอ อูยูนี (Salar de Uyuni) ทะเลสาบบนเขาสูงซึ่งมีผืนเกลือที่สะท้อนทิวทัศน์รอบข้างได้สมบูรณ์ราวกับเป็นกระจกแผ่นยักษ์ มีสภาพอากาศที่แห้งแล้ง และมีแร่ธาตุสำคัญที่ถูกนำไปผลิตเป็นแหล่งพลังงานซึ่งใช้ขับเคลื่อนโลกอย่าง โลหะอัลคาไล

ซาลาร์ เดอ อูยูนีตั้งอยู่ในบริเวณสามเหลี่ยมลิเทียม (Lithium Triangle) ซึ่งกินพื้นที่ 3 ประเทศ คืออาร์เจนตินา โบลิเวีย และชิลี ภูมิภาคนี้ถือเป็นแหล่งที่มีปริมาณลิเทียมสำรองมากที่สุดในโลก ลิเทียมที่สกัดได้จากบริเวณสามเหลี่ยมนี้ถูกนำไปใช้เป็นองค์ประกอบสำคัญในการผลิต แบตเตอรี่ลิเทียม ไอออน (Lithium-ion Battery) ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลากชนิดที่ถูกใช้โดยประชากรหลายพันล้านคนทั่วโลก

แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนซึ่งสามารถชาร์จไฟได้นั้นถูกนำไปใช้เป็นส่วนประกอบของรถยนต์ไฟฟ้า สมาร์ตโฟน แล็ปท็อป แปรงสีฟันไฟฟ้า รวมไปถึงอุปกรณ์เครื่องมือต่าง ๆ อีกมากมาย และเนื่องจากแบตเตอรี่ชนิดนี้มีข้อดีอยู่หลายประการ มันจึงได้รับความนิยมมากกว่าแบตเตอรี่ชนิดอื่น ๆ ในท้องตลาด

แบตเตอรี่ลิเธียม — คนงานในโรงงานลิเทียมที่โบลิเวียใช้ค้อนทุบชั้นเกลือซึ่งอุดตันท่อที่ใช้ลำเลียงน้ำไปยังบ่อพักน้ำออกเป็นช่วง ๆ ลิเทียมมีบทบาทสำคัญต่อแบตเตอรี่ในปัจจุบัน ทว่ากระบวนการผลิตแร่ชนิดนี้กลับส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อสิ่งแวดล้อมในท้องถิ่น **Photograph by Cedric Gerbehaye, National Geographic Image Collection**

รายงานที่ถูกเผยแพร่ลงในวารสาร Nature เมื่อปี 2021 คาดการณ์เอาไว้ว่า ตลาดแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนมีแนวโน้มจะเติบโตจาก 3 หมื่นล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2017 เป็น 1 แสนล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2025

แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนคือหัวใจสำคัญของรถยนต์ไฟฟ้าอย่าง Tesla และถือเป็นแบตเตอรี่ที่ต้องการการบำรุงรักษาน้อยเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ชนิดอื่น ๆ เพราะนอกจากมันไม่จำเป็นต้องคายประจุเพื่อรักษาอายุการใช้งานแล้ว แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนยังมีความหนาแน่นของพลังงานและแรงดันไฟฟ้าที่สูงมาก ยิ่งไปกว่านั้น มันยังสามารถกักเก็บพลังงานหมุนเวียนจากแหล่งต่าง ๆ เช่น พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม ไว้ใช้งานในภายหลังได้

“แรงผลักดันสำคัญในการเพิ่มการใช้แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนคือรถยนต์ไฟฟ้าค่ะ การใช้รถยนต์ไฟฟ้าจะทำให้เราลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลลงได้” ลินดา เกนส์ (Linda Gaines) นักวิเคราะห์ระบบการขนส่งจากศูนย์ทดลองแห่งชาติอาร์กอน (Argonne National Laboratory) กล่าว พร้อมเสริมต่อว่า “แต่ถึงกระนั้น การจะผลิตรถยนต์ไฟฟ้า โดยเฉพาะการผลิตแบตเตอรี่ของมันขึ้นมาก็ต้องใช้พลังงานและทรัพยากรจำนวนมากค่ะ”

สายการผลิตภายในโรงงานประกอบรถยนต์ของ BMW ณ ประเทศเยอรมนีกำลังผลิตรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ลิเทียม แม้ว่าแบตเตอรี่ชนิดนี้จะมีข้อเสีย แต่มันก็ถือเป็นสิ่งจำเป็นที่ทำให้เราสามารถนำเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนมาใช้ในอุตสาหกรรมได้ **Photograph by Cedric Gerbehaye, National Geographic Image Collection**

อย่างไรก็ดี เมื่อพิจารณาถึงปริมาณของก๊าซเรือนกระจกที่ภาคการขนส่งปล่อยออกมาในแต่ละปีแล้ว เกนส์ยังคงเห็นว่า แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนนั้นคุ้มกับต้นทุนทางสิ่งแวดล้อมที่เสียไป อย่างไรก็ตาม ยังมีคนจำนวนไม่น้อยที่กังวลเกี่ยวกับผลกระทบจากการผลิตแบตเตอรี่ลิเทียมที่มีต่อโลกและต่อมนุษย์อย่างเรา

แบตเตอรี่ลิเทียม ไอออน เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมหรือไม่

แม้ว่าแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนจะมีข้อดีมากมาย แต่บรรดานักวิทยาศาสตร์กลับยังไม่แน่ใจว่า แบตเตอรี่ชนิดนี้มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมมากน้อยเพียงใด จริงอยู่ที่แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนสามารถกักเก็บพลังงานหมุนเวียนไว้ใช้งานได้และปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์น้อยกว่าการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล แต่นั่นก็ไม่ได้หมายความว่ามันจะไม่มีข้อเสียใด ๆ อยู่เลย

การผลิตลิเทียมจากการทำเหมืองแร่นั้นเป็นการสร้างความเสียหายอย่างรุนแรงให้กับสิ่งแวดล้อม ด้วยเหตุนี้จึงเกิดคำถามขึ้นว่า “เราจะอธิบายได้อย่างไรว่า ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและมลพิษที่เกิดจากการทำเหมืองนั้นเป็นสิ่งที่ยอมรับได้ เพราะผลกระทบทั้ง 2 อย่างนั้นเกิดจากกระบวนการผลิตลิเทียมซึ่งจะนำโลกไปสู่เศรษฐกิจสีเขียว”

อ่านเพิ่มเติม

การรีไซเคิลแบตเตอรีรถ EV เป็นสิ่งที่ต้องทำ เมื่อโลกเปลี่ยนสู่สังคมยานยนต์ไฟฟ้า

อนาคตคือยนตกรรมไฟฟ้า ( รถยนต์ไฟฟ้า )

รางวัลโนเบล, แบตเตอรีลิเทียมไอออน, นวัตกรรมเปลี่ยนวิถีมนุษย์

(ถ้า) รถ EV มือสอง “ถูกลง” จะซื้อเลยไหม? – ต้อง “คิดอะไร” ก่อนซื้อ

อย่างไรก็ดี เนื่องจากลิเทียมมีน้ำหนักอะตอมต่ำและขนาดอะตอมเล็ก แบตเตอรี่ที่ผลิตขึ้นโดยใช้แร่ชนิดนี้จึงมีแรงดันไฟฟ้าและปริมาณประจุไฟฟ้าที่สูงเมื่อเทียบกับมวลและปริมาตร

กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ แถลงว่า “เมื่อแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนถูกใช้งานและคายประจุ ลิเทียมไอออนจะย้ายจากขั้วแอโนดไปยังขั้วแคโทด จนทำให้อิเล็กตรอนไหลไปมาและเกิดเป็นกระแสไฟฟ้าขึ้น ทว่าเมื่อเสียบสายชาร์จเข้ากับอุปกรณ์ การไหลของกระแสไฟฟ้าจะเปลี่ยนเป็นตรงกันข้าม กล่าวคือ ลิเทียมไอออนจะย้ายจากขั้วแคโทดไปยังขั้วแอโนดแทน”

วิธีการหนึ่งที่วิศวกรเหมืองแร่ใช้ในการสกัดลิเทียมคือการสกัดจากน้ำเกลือ (brine extraction) โดยเริ่มจากการขุดเจาะชั้นดินเพื่อสูบน้ำเกลือขึ้นสู่ผิวดิน จากนั้นจึงส่งน้ำที่ได้ไปยังบ่อพักน้ำแบบระเหย (evaporation pond) เพื่อรอให้น้ำระเหยไปจนเหลือแต่แร่ลิเทียมเข้มข้น ซึ่งจะถูกนำไปสกัดในกระบวนการต่อ ๆ ไป

อย่างไรก็ตาม มีรายงานว่า ผลกระทบทางลบต่อสิ่งแวดล้อมจากการทำเหมืองในบริเวณสามเหลี่ยมลิเทียมนั้นร้ายแรงมาก นอกจากนี้ เว็บไซต์ euronews.com ยังรายงานว่า “การผลิตลิเทียมจากน้ำเกลือโดยใช้บ่อพักน้ำแบบระเหยนั้นจำเป็นต้องใช้น้ำจำนวนมหาศาลถึงราว ๆ 21 ล้านลิตรต่อวัน”

ในพื้นที่แห้งแล้งรุนแรงของอเมริกาใต้ซึ่งเป็นแหล่งทำเหมือง น้ำที่เป็นทรัพยากรหายากจะถูกส่งจากชุมชนท้องถิ่นเข้าสู่ตัวเหมือง กล่าวคือ ทางน้ำที่ไหลผ่านหมู่บ้านเหล่านั้นจะถูกเบี่ยงไปยังเหมืองแร่ นอกจากการจัดการเช่นนี้จะก่อให้เกิดการปนเปื้อนของกรดซัลฟิวริกและโซเดียมไฮดรอกไซด์ในน้ำอย่างรุนแรงแล้ว การเบี่ยงทางน้ำยังทำให้เกิดปัญหาขาดแคลนน้ำตามมา

รายงานจากสภาป้องกันทรัพยากรธรรมชาติ (Natural Resources Defense Council: NRDC) ระบุว่า “สมาชิกในชุมชนกล่าวว่า ระดับน้ำในบ่อน้ำ ทะเลสาบ น้ำบาดาล รวมไปถึงพื้นที่ชุ่มน้ำที่ลดลงส่งผลกระทบอย่างเลวร้ายต่อการทำเกษตรและการเลี้ยงสัตว์ของพวกเขา ยิ่งไปกว่านั้น พวกเขายังสังเกตได้ว่า มีนกฟลามิงโกและสัตว์ในตระกูลอูฐล้มตายมากขึ้นเพราะมลพิษทางอากาศที่เกิดจากฝุ่นจำนวนมากในการทำเหมือง”

แบตเตอรี่ลิเทียม ไอออนปลอดภัยหรือไม่

แบตเตอรี่ลิเทียมถือเป็นอุปกรณ์ที่ปลอดภัยสำหรับผู้คนและบ้านเรือน มันสามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยและใช้งานได้ยาวนานหากไม่ชำรุดบกพร่อง อย่างไรก็ดี แม้ว่ากรณีเช่นนี้เกิดจะขึ้นไม่บ่อยนัก แต่แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนนั้นสามารถลุกติดไฟได้ เฉินเจิ้ง (Chen Zheng) ศาสตราจารย์ด้านนาโนเทคโนโลยีจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย แซนดีเอโก ได้ยกตัวอย่างถึงเหตุการณ์ที่โทรศัพท์มือถือเครื่องหนึ่งเกิดไฟลุกไหม้บนเครื่องบิน รถไฟฟ้าเทสลาเองก็เคยเกิดเพลิงไหม้กะทันหันจากแบตเตอรี่ที่มีอุณหภูมิสูงเกินไป นอกจากนั้น แบตเตอรี่ลิเทียมที่ถูกเก็บไว้ที่สถานีกักเก็บพลังงานในเมืองมอนเทอเรย์ รัฐแคลิฟอร์เนียเองก็เคยเกิดการลุกไหม้ขึ้นเช่นกัน

ในขณะที่แบตเตอรี่เกิดการลุกไหม้ ความร้อน ความดัน และก๊าซพิษจะถูกปล่อยออกมาจากการระเหย เมื่อก๊าซพิษเหล่านั้นลอยไปตามกระแสลม มันจะแพร่กระจายเข้าสู่ชุมชนที่ผู้คนอาศัยอยู่

“เหตุการณ์เช่นนี้จะถือเป็นเรื่องน่ากังวล หากระบบของแบตเตอรี่เหล่านั้นไม่ได้ถูกออกแบบให้มีการป้องกันความเสี่ยงที่จะเกิดการลุกไหม้ที่ดีครับ มีเหตุการณ์ที่รถยนต์ไฟฟ้าเกิดไฟลุกไหม้ในโรงรถอยู่หลายครั้ง ถึงเหตุการณ์เช่นนั้นจะไม่ใช่เรื่องที่เกิดขึ้นได้ทั่วไป แต่มันก็มีโอกาสที่จะเกิดขึ้นได้ครับ” เฉินกล่าว

เขายังไม่ปักใจเชื่อว่า ความเสี่ยงทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับแบตเตอรี่ลิเทียมจะถูกขจัดจนหมดไปได้ “ความเสียหายทางกลของแบตเตอรี่อาจเกิดขึ้นได้โดยไม่คาดคิดครับ”

เพื่อลดความเสี่ยงนี้ให้น้อยลง มาตรฐานสำนักงานบริหารความปลอดภัยและอาชีวอนามัยแห่งชาติ ประเทศสหรัฐอเมริกา (Occupational Safety and Health Administration : OSHA) แนะนำให้ผู้ใช้แบตเตอรี่ลิเทียม “ถอดเครื่องมือหรืออุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่ลิเทียมรวมไปถึงตัวแบตเตอรี่ออกจากเครื่องชาร์จหลังการชาร์จเสร็จสมบูรณ์ และนำแบตเตอรี่ลิเทียมพร้อมอุปกรณ์เครื่องมือไปเก็บในบริเวณที่แห้งและเย็น” นอกจากนี้ ผู้ใช้งานยังควร “ตรวจสอบแบตเตอรี่ว่ามีร่องรอยของความเสียหายหรือไม่ หากมี ควรเก็บให้ห่างบริเวณที่มีวัตถุไวไฟ”

เรื่อง สรูธี กูรูเดฟ

แปล พรรณทิพา พรหมเกตุ