بار دیگر هوش مصنوعی توانسته یک کار شگفت انگیز انجام دهد. یک ماده جدید که می‌تواند نیاز به لیتیوم در ساخت باتری‌ها را کم کند با استفاده از هوش مصنوعی و ابرکامپیوترها کشف شده است. این یافته محصول تحقیقات مشترک شرکت مایکروسافت و آزمایشگاه ملی شمال غربی پاسیفیک (پی‌ان‌ان‌ال) است که بخشی از وزارت انرژی آمریکاست.
به گزارش BBC، دانشمندان می‌گویند که این ماده به طور بالقوه می‌تواند نیاز به لیتیوم را تا ۷۰ درصد کاهش دهد. محققان از این ماده تازه برای ساخت یک باتری آزمایشی و روشن کردن یک لامپ استفاده کرده‌اند.
پژوهشگران مایکروسافت با استفاده از هوش مصنوعی (AI) و ابررایانه‌ها در کمتر از یک هفته ۳۲ میلیون ماده بالقوه غیرآلی را به ۱۸ عدد که نویدبخش بودند کاهش دادند. این کار با روش‌های متعارف آزمایشگاهی می توانست بیش از ۲۰ سال طول بکشد. این فرآیند از نقطه شروع تا زمان توسعه یک باتری آزمایشی کمتر از ۹ ماه وقت برد.
این دو سازمان از هوش مصنوعی پیشرفته و کامپیوترهای پربازده (که در واقع شبکه‌ای بزرگ از کامپیوترها است) برای حل مسائل پیچیده علمی و ریاضی استفاده کردند.
لیتیوم چیست و مشکل آن در کجاست؟
لیتیوم یکی از عناصر بسیار استراتژیک مورد استفاده در ذخیره سازی انرژی است. همیشه گزارش‌های انتقادی در مورد استخراج لیتیوم وجود دارد. در برخی مناطق، مردم محلی از افزایش خشکسالی شکایت دارند که برای مثال دامداری را تهدید می‌کند یا منجر به خشک شدن پوشش گیاهی می‌شود. از دیدگاه کارشناسان، هنوز مشخص نیست که خشکسالی تا چه حد به استخراج لیتیوم مرتبط است. از طرف دیگر این فلز تا حد زیادی کاربردی است و صنایع مختلف به آن نیاز مبرم دارند. به خصوص در عصر حاضر که به سمت برقی شدن تجهیزات می‌رویم، و باتری‌ها به عنوان اصلی‌ترین عنصر در برقی شدن تجهیزات، به لیتیوم برای ساخت نیاز دارند.
لیتیوم (Lithium) اولین فلز قلیایی در جدول تناوبی است که از عناصری مانند سدیم (Na) تشکیل شده است. لیتیوم عنصر بسیار واکنش پذیر و قابل اشتعال است که در طبیعت به حالت خالص وجود ندارد، اما می‌توان آن را در مقادیر کم از سنگ، خاک رس و آب نمک استخراج کرد.
لیتیوم در جدول تناوبی: لیتیوم با نشان Li و عدد اتمی ۳ که در جدول تناوبی به همراه فلزات قلیایی در گروه ۱ قرار دارد. این عنصر در حالت خالص، فلزی نرم و به رنگ سفید خاکستری می‌باشد که به‌سرعت در معرض آب و هوا اکسید شده، کدر می‌گردد.
لیتیوم به دلیل بهای بالا و رنگ نقره‌ای اغلب «طلای سفید» خوانده می‌شود. این فلز یکی از عناصر کلیدی در باتری‌های شارژی است که امروز در وسایل مختلفی مثل خودروهای برقی و تلفن‌های هوشمند کاربرد دارند. اما به گفته سازمان بین‌المللی انرژی (آی ای اِی) با افزایش تقاضا برای خرید خودروهای برقی، جهان ممکن است تا سال ۲۰۲۵ با کمبود این ماده روبرو شود.
همچنین به گفته وزارت انرژی آمریکا انتظار می‌رود که تقاضا برای باتری‌های لیتیوم-یونی تا سال ۲۰۳۰ ده برابر شود، بنابراین بخش تولیدی پیوسته درحال احداث کارخانه‌های تازه برای رفع این نیاز است.
طبق گزارش وزارت انرژی آمریکا، تقاضا برای باتری‌های لیتیوم-یونی از ۲۵۰ گیگاوات ساعت در سال ۲۰۲۱ به ۲۵۰۰ گیگاوات ساعت در سال ۲۰۳۰ افزایش خواهد یافت. این افزایش تقاضا، بخش تولید باتری‌ها را تحت فشار قرار داده است. سازندگان باتری در حال سرمایه‌گذاری در ساخت کارخانه‌های جدید برای رفع این نیاز هستند.
در سال ۲۰۲۲، بیش از ۱۰۰ میلیارد دلار در ساخت کارخانه‌های جدید باتری سرمایه‌گذاری شد. این سرمایه‌گذاری‌ها در سراسر جهان انجام شده است، اما بیشتر در چین و آمریکا انجام شده است.
در چین، شرکت‌های باتری‌سازی مانند CATL، BYD و LG Chem در حال ساخت کارخانه‌های جدید هستند. این شرکت‌ها قصد دارند ظرفیت تولید خود را تا سال ۲۰۳۰ به میزان قابل توجهی افزایش دهند.
در آمریکا، شرکت‌های باتری‌سازی مانند Tesla، Ford و General Motors نیز در حال ساخت کارخانه‌های جدید هستند. این شرکت‌ها قصد دارند باتری‌های مورد نیاز برای خودروهای الکتریکی خود را تولید کنند.
خطرات ریختن باتری های لیتیوم یونی در محل های دفن زباله
برخی از باتری‌های لیتیوم یونی شامل فلزاتی می‌شوند که حتی در مقادیر کم، در صورت شکسته شدن می‌توانند باعث آسیب زیست محیطی قابل توجهی شوند.
در محل‌های دفن زباله، این باتری‌ها می‌توانند آلاینده‌های خطرناکی از جمله کبالت، منگنز، و نیکل را نشت دهند. علاوه بر این، باتری های لیتیوم یونی خطر آتش سوزی زیرزمینی را به همراه دارند که برای مدت طولانی دود می کنند. این آتش سوزی ها می توانند مواد شیمیایی سمی را در زباله های اطراف آزاد کنند و حفره های قابل توجهی در محل دفن زباله ایجاد کنند که به طور بالقوه منجر به ریزش سطح و دفن بیشتر مواد قابل اشتعال می شود.
علیرغم این خطرات، تخمین زده می‌شود که 98.3 درصد از باتری‌های لیتیوم یونی در محل‌های دفن زباله دور ریخته می‌شوند که با توجه به اینکه بیش از 90 درصد فلزاتی مانند کبالت و نیکل را می‌توان از طریق بازیافت، مجدد ساخت، رقم نگران‌کننده‌ای است. این موضوع اهمیت بازیافت باتری لیتیومی را نشان می‌دهد.
باتری های لیتیوم یونی و خطرات آن برای سلامت انسان
قبل از اینکه باتری لیتیومی حتی به محل های دفن زباله برسند، آنها یک تهدید سمی هستند. اگر آسیب ببینند، می توانند ذرات ریز با قطر آیرودینامیکی کمتر از 10 یا 2.5 اینچ میکرومتر (PM10 و PM2.5) را در هوا آزاد کنند.
این ذرات مضر هستند زیرا فلزاتی مانند آرسنیک، کادمیوم و کبالت را حمل می‌کنند که می‌توان آن را تنفس کرد و منجر به مشکلات جدی سلامتی از جمله بیماری‌های قلبی و ریوی، خطرات سرطان و عدم تعادل هورمونی می‌شود.
باتری های لیتیوم یونی استفاده شده همچنین می توانند اسید فلوئورید (HF) را منتشر کنند، گازی که در صورت تماس با پوست یا استنشاق خطرناک است، زیرا به اعماق بدن نفوذ می کند و اثرات سمی شدیدی ایجاد می کند. بسته باتری یک وسیله نقلیه الکتریکی می تواند مقدار هشدار دهنده ای HF را آزاد کند.
تخمین زده می شود که بین 20 تا 200 میلی گرم HF می تواند به ازای هر ظرفیت وات بسته باتری خودروی الکتریکی آزاد شود. این به راحتی بیش از سطح خطر فوری برای زندگی یا سلامت (IDLH) موسسه ملی ایمنی و سلامت شغلی ایالات متحده است.
استخراج لیتیوم از معادن هم مساله‌ای جنجالی است چون توسعه آنها چند سال وقت می‌برد و آثار قابل توجهی برای محیط زیست دارد. استخراج لیتیوم نیازمند مقدار زیادی آب و انرژی است، فرآیندی که آسیب زیادی به طبیعت می‌زند و زباله سمی تولید می‌کند.
دکتر نوریا تاپیا-روئیز، که هدایت تیمی از محققان باتری در امپریال کالج لندن را به عهده دارد، گفت که هر ماده‌ای که از مصرف لیتیوم در باتری‌ها بکاهد و ظرفیت خوبی برای ذخیره انرژی داشته باشد از آرمان‌های این صنعت است. او گفت: «هوش مصنوعی و ابررایانه‌ها در سال‌های آتی به ابزارهایی حیاتی در دست محققان ساخت باتری بدل خواهند شد تا با کمک آن موادی که بازدهی بالایی دارند را شناسایی کنند.»
اما دکتر ادوارد برایتمن، مدرس مهندسی شیمی در دانشگاه استراتکلاید، گفت که باید «با کمی احتیاط» با این فناوری برخورد کرد. او گفت: «ممکن است نتایج کاذبی به بار آورد که در نگاه اول جذاب به نظر برسند، و بعد معلوم شود که موادی بوده که از قبل وجود داشته یا امکان تولید آنها در آزمایشگاه وجود ندارد.»
ماده تازه که در حال حاضر فقط «N2116» نام دارد یک الکترولیت جامد است که دانشمندان آن را از مواد خام به یک نمونه آزمایشی که کار می‌کند تبدیل کرده‌اند. این ماده به طور بالقوه می‌تواند راه حلی برای ذخیره انرژی باشد چون باتری‌های حالت جامد ایمن‌تر از باتری‌های لیتیومی مایع یا ژل مانند هستند.
باتری‌های لیتیومی حالت جامد که سریع‌تر شارژ می‌شوند نویدبخش یک منبع حتی فشرده‌تر انرژی‌اند که امکان هزاران بار شارژ بدون افت کیفیت را دارند. این فناوری با تکیه بر یک نوع جدید هوش مصنوعی کار می‌کند که مایکروسافت ابداع کرده و با کمک داده‌های ملکولی آموزش دیده است.
جیسون زندر، نائب رئیس اجرایی مایکروسافت، به بی‌بی‌سی گفت: «این هوش مصنوعی کاملا بر مطالعات، پایگاه داده‌ها و ویژگی‌های علمی استوار است.» «این داده‌ها برای انجام کشفیات علمی کاملا قابل اعتماد هستند.»
بعد از اینکه این نرم‌افزار ۱۸ نامزد نهایی را انتخاب کرد، کارشناسان باتری در «PNNL» آنها را بررسی کردند و ماده نهایی را برای کار در آزمایشگاه برگزیدند. کارل مولر از «پی‌ان‌ان‌ال» گفت که هوش مصنوعی مایکروسافت آنها را «با سرعت خیلی بیشتری» از شرایط عادی به طرف موادی بالقوه مفید سوق داد.
او گفت: «ما می‌توانیم ترکیب شیمیایی این ماده تازه را اصلاح، آزمایش و تنظیم کنیم و به سرعت کارآمدی آن به عنوان یک باتری را محک بزنیم، که نشان دهنده توانایی هوش مصنوعی برای تسریع چرخه ابداع است.»
