Жон Гуденоф, Стэнли Уиттинхэм, Акира Ёшино нар Нобелийн химийн шагналыг хүртэх болсон. Тэдний бодож, биежүүлсэн лити-ионы зай хураагуураар ухаалаг утас, цахилгаан хэрэгсэл, машин зэрэг олон техник, төхөөрөмж тэжээгдэж байна. 30-аад жилийн өмнө зах зээлд бий болсон технологи дээд хязгаартаа аажмаар тулж буй бөгөөд зарим шинжээч ойрын жилүүдэд мөхнө ч гэдэг.
2016 онд “Washington post” сонины сэтгүүлчид “Li-ion” зай хураагуурт агуулагддаг химийн хамгийн үнэтэй элемент бал чулуу, кобальт, литийн олборлолтын талаар цуврал материал бэлтгэжээ. Тэдгээрийн нэг нь богино хэмжээний дүрс бичлэг байв. Африкийн булингартсан нарийхан гол, горхины эргээр алаг эрээн хувцастай эмэгтэйчүүд, хүүхдүүд хөлхөлдөнө. Ухаалаг утасны зай хураагуурын гол орц кобальтыг тэд чулуу, шороог нь угаан ялгадаг аж. Конго улсаас уг элементийн ихээхэн хэсгийг олборлодог.
Тэнд цалин багатай ч албан ёсны уурхайнууд, бас хувиараа олборлогчид бий. Дүн шинжилгээний “Bloomberg new energy finance” агентлагийн тооцоолсноор, 2016 онд борлуулсан “Li-ion”-ы багтаамж нийтдээ 120 ГВт/ц болжээ. Энэ нь жирийн 7.5 тэрбум утасны зай хураагуур гэсэн үг буюу манай гаргийн иргэн бүрт хүрэлцэх хэмжээ юм. Зөөврийн компьютер, ухаалаг утсыг харвал харь гаргийнхан хүмүүсийг эрчим хүч агуулсан нимгэн хайрцагт үйлчилдэг, өөрөөр хэлбэл, үдэш бүр түүнийгээ цэнэглэх гэж харьдаг, өглөө нь хураасан цэнэгээ үрэхийн тулд гардаг хачин амьтад мэт санагдаж магадгүй. Хэрэв “Li-ion”-ыг цахилгаан автомашинд ашиглавал кобальтын зах зээл дийлэхгүй, нэг бол хүмүүс боолын нөхцөлд ажиллах, нөгөө бол тэд кобальтыг үйлдвэрлэлд шаардлагатай хэмжээгээр олборлож чадахгүй. Ташрамд дурдахад, энэ нь “Li-ion”-д тулгардаг ганц асуудал биш аж.
НӨӨЦТЭЙ ХАЙРЦАГ
Хэрэв хэн нэгэн (тухайлбал, Нобелийн хороо) лити-ионы зай хураагуурыг хэн түрүүлж бүтээснийг тогтоох гэвэл хүнд асуудалтай тулгарна. Нэг судалгаанд зарчмыг нь анх санал болгож, нөгөөд нь ямар нэг орцыг харуулж, гурав дахид нь зай хураагуурыг угсарсан байх вий. Технологийн эх үүсвэр олон буюу хэдэн арван жилийн судалгаа, олон зуун хүний хөдөлмөр шингэсэн байдаг.
“Li-ion” зай хураагуурын ажиллах үндсэн зарчим маш энгийн. Эл хайрцаг дотор хагас дамжуулдаг мембранаар тусгаарласан хоёр электрод бий. Тэдгээр нь литийн ионуудаар баялаг электролитэд холбогддог. Өдгөө хамгийн алдартай зай хураагуурт нэг электродыг нь бал чулуу, нөгөөг нь кобальтын давхар ислээр (СoO2) хийдэг. Литийн атомууд “Li-ion” зай хураагуурт гол үүрэг гүйцэтгэдэг. Тэдгээр нь маш хөнгөн, хөдөлгөөнтэй учир нэг талаар эрчим хүч хадгалагчийн үүргийг сайн гүйцэтгэж, нөгөө талаар түргэн цэнэглэгдэх боломж олгодог. Гэхдээ хялбархан мэт санагдах эхний сэтгэгдэл хуурамч байдаг.
ДОТООД ХҮЧДЭЛ
Технологийн арга хэрэгслүүдийг хар хайрцаг мэтээр хүлээн аваад бид дасчихсан. Товчлуур дараад л үр дүн гарчих байтал дотор нь юу болдог талаар бодох хэрэг юун. Хэлбэр, эсвэл хялбархан мэт хэлбэртэйгээс шалтгаалаад зай хураагуур бүр энгийн мэт санагддаг. Гэтэл хар хайрцаг заримдаа хачин “аашилж”, орцоо ил болгочихдог. Хамгийн энгийн жишээ бол хуучин “Li-ion” зай хураагуурууд дэлбэрдэг, шатдаг асуудал юм. Саяхан “Samsung galaxy note 7”-гийн зай хураагуур элэгдэж хуучирсандаа бус, угсрах үеийн тооцооны улмаас дэлбэрчээ. Өөр арай аюул багатай хэрнээ их тохиолддог жишээ гэвэл “Li-ion”-ы цэнэгийг хэд хэдэн удаа тэглэвэл цэнэг барихдаа муу болдог. Учир нь литийн атомын шахалтаар кобальтын давхар ислийн электродын талст бүтэц зарим талаар алдагддаг.
Цэнэгтэй холбоотой бүр их асуудал байв. Цахилгаан буюу хүчдэл хэдэн хувь ихсэхэд зай хураагуур шууд л мууддаг. Одоо жирийн хэрэглэгч зай хураагуур дахь цэнэгийг хянадаг электрон схемийн ачаар илүү хамгаалалттай болсон. Өдгөө инженер, эрдэмтдийн өмнө цахилгаан тээвэрт “Li-ion”-ыг өргөн нэвтрүүлэх шинэ зорилт тулгарч буй. “Bloomberg new energy finance” агентлагийн мэдээлснээр, 2022 он гэхэд эл зах зээл ахуйн цахилгаан барааны зай хураагуурын зах зээлийг гүйцэж түрүүлнэ. Гэхдээ зай хураагуурыг томсгох амаргүй. Хоорондоо холбогдох асар том зай хураагуур бүтээнэ гэсэн үг. Тухайлбал, “Tesla mode’s” зай хураагуур тус бүр 74 элемент бүхий 16 блокоос бүрддэг. Зарим тооцоогоор ийм нарийн бүтээл машины бараг тал хувьтай тэнцэнэ. Зардлаа багасгахын тулд Илон Маск АНУ-ын Невада муж улсын цөлд “Li-ion” зай хураагуурын том үйлдвэр нээсэн бөгөөд жилийн үзүүлэлт нь 35 ГВт/ц болох ёстой. Нэг зэрэг цэнэг авч, бас дуусах 1200 орчим зай хураагуурыг нэгтгэх нь асар том бөгөөд нарийн асуудал. Алдаа гарвал гал гарч, дэлбэрэлт болж, үргүй зардал болно.
НАЙДВАРГҮЙ ЭРЧИМ ХҮЧ
Кобальтыг гар аргаар олборлох нь Африкийн Колвези хотын захын хамгийн эрэлттэй ажил. Эрчүүд бараг л ямар ч багаж хэрэгсэлгүй газрын гүн рүү “шунгаж”, уулын хөрс гаргасныг эхнэр, хүүхэд нь угааж, эцэст нь олдвороо дамын худалдаачинд зарна. Нэг эрэгтэй хүн өдөрт дунджаар 2-3 ам.доллар “олно”. Энэ нь амь зогоох төдий орлого юм. Кобальтын газар доорх оршдос нь дээрхээсээ онцгой өнгөөрөө ялгардаг гэнэ. Кобальтыг хэрхэн олборлодог тухай “Washington post” сонины нийтлэлээс хойш электроникийн томоохон үйлдвэрлэгч бүр нийлүүлэх шат дарааллыг нарийн шалгаж, хууль ёсны уурхайгаас л худалдаж авна гэдэг бол нөгөө нь хянахаа мэдэгдэн, гурав дахь нь сонгуулийн амлалт маягаар кобальтаас татгалзана гэдэг. Хэнд нь ч итгэх хэцүү. Кобальтын электродыг орлох зүйл одоогоор байхгүй, эл металлыг нийлүүлдэг арга зам их нууцлаг. Үүнд хоёр шалтгаан бий. Эхнийхийг дээр дурдсан. Тодруулбал, дэлхийн кобальтын олборлолтын бараг 60 хувь нь Конгод байдаг.
Тиймээс АНУ-д гарал үүсэл нь тодорхой металлуудын жагсаалт гэж хуулийн хүчинтэй баримт бичиг байдаг ч үүнд кобальт ордоггүй. Манай гаргийн зай хураагуурын талаас илүү хувийг тэжээдэг мөнгөний гоожуурыг хаах тийм ч амар биш аж. Хоёр дахь шалтгаан нь эхнийхтэйгээ төстэй. Кобальтын гол хэрэглэгч нь “Li-ion” зай хураагуурын үйлдвэр. Тиймээс өнгөрсөн 10 жилд эл металлын үнэ бараг долоо дахин өсжээ. Конгогийн нутаг дэвсгэр дэх худалдан авагчид бүгд хятад. Тэд авсан бараагаа эх орондоо илгээдэг. Алсын хараатай үйлдвэрлэгчид үйлдвэрлэлд ашиглахын сацуу агуулахдаа хураадаг гэнэ. Литийг дагасан хүмүүнлэгийн асуудал мөн л мундахгүй. Эл металлын тал хувийг Чили, Аргентин, Боливиос олборлодог. Ажиллах нөхцөл сайн ч тус бүс нутгийн экологи их сүйдэх магадлалтай. Үнэт металлаа олборлохын тулд газар луу давстай ус асар их хэмжээгээр шахаад, дараа нь шүүдэг. Нэг тонн лити авахын тулд хоёр сая тонн давстай ус хэрэглэнэ. Уурхай нь ган болдог бүс нутагт байдаг аж. Мэргэжилтнүүдийн нэг хэсэг нь эл арга ундны усны нөөцөд сөргөөр нөлөөлнө гэдэг бол нөгөө нь бүгд их түргэн бөгөөд эмгэнэлтэйгээр дуусаж магадгүй гэж үзэж байна.
Эцэст нь, зай хураагуур хийхэд одоо илэрсэн байгаа нөөц яагаад ч хүрэлцэхгүй. Тухайлбал, “Nature” сэтгүүлд саяхан гарсан нийтлэлээс үзвэл ойрын 10 жилд кобальтын эрэлт үйлдвэрлэлийн хэмжээнээс давж, Хятадын агуулахад байгаа түүхий эд ч тус болохгүй гэжээ. Харин зарим шинжээч хамгийн багадаа 40 жил хангалттай хүрэлцэнэ хэмээж байна. Гэсэн ч цахилгаан машины дотоод шаталтын бүх хөдөлгүүрийг солих боломжгүй. “Li-ion” зай хураагуурын түүхий эдийг нийлүүлдэг газрыг өргөжүүлэх аргагүй юм.
НОБЕЛИЙН ШАГНАЛТНУУДЫН НЭЭЛТ ХӨГЖЛИЙН ТҮЛХҮҮР БОЛСОН
Энэ жил Нобелийн химийн шагнал хүртэх болсон эрдэмтэд нүүрстөрөгчийн материал ашиглан лити-ионы зай хураагуурыг аюулгүй болгожээ. 1991 он хүртэл эл зай хураагуурт металл лити ашигладгаас дэлбэрдэг байв. Дангаар маш идэвхтэй эл металлд нүүрстөрөгч голдуу бусад катодыг ашигласнаар өдгөө хэрэглэж буй зай хураагуурууд аюулгүй болсон аж. Америкийн Жон Гуденоф, Британийн Стэнли Уиттинхэм, Японы Акира Ёшино нарын судалгаагүйгээр лити-ионы зай хураагуурын технологи огт хөгжихгүй байсан. 1991-1992 онд Гуденофын катодтой анхны зай хураагуурыг үйлдвэрлэж эхэлжээ. 2000 оны эхээр гар утасны зай хураагуур сайндаа л нэг цаг ашиглахад хүрэлцдэг байсан бол одоо эл хугацаа 1-2 хоног болжээ. Энэ нь уг технологийн хөгжлийн үр дүн аж.
