From the Canadian Shield to the Andes: Solid-State Battery LHD Loaders as a Lever for Deep-Mine Ventilation Decarbonization and Their Extension to Peruvian Public Mobility

مشكلة الهواء تحت الأرض والشرارة الكهربائية

تخَّيل منجمًا عميقًا تحت الأرض كأنه ناطحة سحاب ضخمة مقلوبة مدفونة في باطن الأرض. وللحفاظ على حياة العمال وقدرتهم على التنفس، يجب على المهندسين ضخ الهواء النقي باستمرار إلى هذه الأنفاق المظلمة وشفط الهواء الراكد للخارج. لا يقتصر الأمر على الراحة فحسب؛ بل هو ضرورة تتعلق بالحياة أو الموت. ففي أعمق المناجم، يكون الهواء كثيفًا بالحرارة والأبخرة السامة الناتجة عن محركات الديزل الضخمة التي تشغل شاحنات وآليات التعدين. ولتطهير هذا الضباب الدخاني، يجب أن يعمل نظام التهوية فوق طاقته، ليعمل مثل مروحة عملاقة هادرة تستهلك جزءًا ضخمًا من إجمالي طاقة المنجم — قد يصل أحيانًا إلى نصفها!

لعقود من الزمن، كان الحل يتمثل ببساًطة في بناء مراوح أكبر. ولكن بدأت فكرة جديدة تترسخ: ماذا لو توقفنا عن خلق الدخان من الأساس؟ هنا يأتي دور المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات. فبدلاً من حرق الديزل، تعمل هذه الآلات بالكهرباء المخزنة في البطاريات، مما يعني أنها لا تنفث عوادم سامة أو تفرغ حرارة في النفق. إذا أزلت الدخان، فلن تحتاج إلى تلك المراوح العملاقة لطرده. والخطوة التالية في هذا التطور هي بطارية الحالة الصلبة. فكر في البطارية العادية مثل إسفنجة مشبعة بسائل قابل للاشتعال؛ أما بطارية الحالة الصلبة فهي أشبه بكتلة طاقة جافة وكثيفة. إنها أكثر أمانًا، وتستوعب طاقة أكبر، وتُشحن بسرعة أكبر بكثير. والآن، يتساءل العلماء: هل يمكننا نقل نجاح هذه الآلات الكهربائية من المناجم العميقة والباردة في كندا وتكييفها لتناسب الجبال العالية ذات الهواء الخفيف في بيرو، وحتى استخدام نفس التكنولوجيا لتنظيف الحافلات في المدن؟

---

من الدرع الكندي إلى قمم البيرو: مخطط لهواء أنقى

تعمل ورقة البحث هذه بمثابة دليل سفر ودليل هندسي مفصل، يربط بين عالمين مختلفين تمامًا: مناجم الصخور الصلبة الشهيرة في الدرع الكندي (مثل سودبري وكيركلاند ليك) ومناجم المرتفعات في جبال الأنديز البيروفية. يريد المؤلف، بول ريكاردو برودينسيو غالفز، إثبات أن ثورة التعدين الكهربائية التي تحدث بالفعل في كندا يمكن نسخها بنجاح في بيرو، ثم التوسع فيها للمساعدة في تنظيف وسائل النقل العام في المدن البيروفية.

الاكتشاف الكبير: دخان أقل، طاقة مروحة أقل
تبدأ الورقة بالنظر في الأدلة من كندا والدول الإسكندنافية (مثل فنلندا والسويد). هناك، قامت المناجم بالفعل باستبدال آليات تحميل الديزل بأخرى تعمل بالبطاريات الكهربائية. والنتائج واضحة: عندما تنتقل إلى الكهرباء، لا تحتاج إلى الكثير من الهواء لتخفيف العوادم. تجد الدراسة أن هذه المناجم شهدت انخفاضًا في استخدام طاقة التهوية بنسبة 30-44%، وفي بعض المناطق المحددة، انخفضت كمية الهواء التي تحتاج لضخها بنسبة 50-57%. الأمر يشبه خفض صوت مروحة صاخبة لأن الغرفة أصبحت هادئة أخيرًا.

التحدي: الارتفاعات العالية والهواء الخفيف
ومع ذلك، فإن بيرو ليست كندا. تقع المناجم البيروفية في مرتفعات الأنديز، غالبًا فوق 4,000 متر (حوالي 13,000 قدم) فوق مستوى سطح البحر. عند هذا الارتفاع، يكون الهواء أخف، مما يجعل من الصعب على الآلات التبريد. تشير الورقة إلى أنه بينما حلت المناجم الكندية لغز الكهرباء، فإن السياق البيروفي يضيف طبقة جديدة من الصعوبة: كيف تحافظ على تبريد البطاريات الكهربائية عندما يكون الهواء نفسه خفيفًا وأقل فعالية في حمل الحرارة بعيدًا؟

الحل: قائمة مراجعة من 1set8 نقطة
لمعرفة ما إذا كانت بيرو مستعدة لهذا الانتقال، أنشأ المؤلف "مصفوفة قابلية النقل" ضخمة — وهي أساسًا قائمة مراجعة عملاقة مكونة من 18 فئة مختلفة. تتراوح هذه الفئات من الأمور التقنية (مثل عمق المنجم وشدة المنحدرات) إلى الأمور البشرية (مثل ما إذا كان هناك عدد كافٍ من الكهربائيين المدربين في البلاد وما إذا كانت الحكومة لديها قواعد للمناجم الكهربائية).

• الدرجة: عندما سجلوا الدرع الكندي، حصل على درجة عالية بلغت 47 من أصل 54 نقطة (87%).
• الواقع البيروفي: سجل متوسط المناجم البيروفية 31 من أصل 54 نقطة (57%).
• النجم المتألق: سجل منجم واحد محدد، وهو سيرو ليندو (Cerro Lindo)، أعلى درجة في بيرو بـ 33 نقطة، مما يجعله المرشح الأفضل لتجربة هذه التكنولوجيا الجديدة أولاً.

الأسباب الرئيسية التي جعلت بيرو تسجل درجات أقل لم تكن بسبب عدم عمل التكنولوجيا، بل بسبب مشاكل "النظام البيئي": فهناك عدد أقل من الشركات المحلية التي يمكنها إصلاح هذه الآلات الكهربائية عالية التقنية، ولا يوجد تدريب متخصص كافٍ للعمال بعد.

قفزة "الحالة الصلبة"
تنظر الورقة أيضًا في المستقبل: بطاريات الحالة الصلبة (SSBs). بينما تستخدم البطاريات الكهربائية الحالية بطاريات الليثيوم أيون القياسية، فإن الجيل القادم (SSBs) يعد بتغيير قواعد اللعبة. فهي أكثر أمانًا (لا تحتوي على سائل قابل للاشتعال)، وتستوعب طاقة أكبر، ويمكن شحنها في غض true 10-15 دقيقة. يقترح المؤلف أنه إذا اعتمدت بيرو هذه البطاريات المتقدمة، فقد تتمكن آلية تحميل واحدة من العمل طوال نوبة عمل كاملة دون الحاجة لتبديل بطاريتها، وهو ما يمثل ميزة هائلة في الأنفاق العميقة والضيقة.

الخطة: خارطة طريق لمدة 36 شهرًا
لا تكتفي الورقة بالقول "افعل ذلك" فحسب، بل تقدم خطة محددة من أربع مراحل لتجهيز منجم بيروفي خلال 36 شهرًا:

1. التشخيص (الأشهر 0-6): قياس مقدار الطاقة التي تستهلكها أسطول الديزل الحالي ورسم خرائط للأنفاق.
2. التجربة (الأشهر 6-15): شراء آلية تحميل كهربائية واحدة فقط واختبارها بجانب شاحنات الديزل لمعرفة كيفية تعاملها مع الحرارة والارتفاع.
3. نشر الأسطول (الأشهر 15-28): إذا نجحت التجربة، يتم استبدال 10 إلى 20 آلة ديزل بأخرى كهربائية وتطوير نظام التهوية ليصبح أكثر ذكاءً.
4. التوسع في المدينة (الأشهر 24-36): هذا هو الجزء الممتع. تقترح الورقة أن نفس البطاريات وتقنيات الشحن المستخدمة في المنجم يمكن استخدامها لـ حافلات المدينة. بما أن شركات التعدين في بيرو تمتلك بالفعل سلسلة التوريد لهذه البطاريات، يمكنها بسهولة المساعدة في بناء أساطيل حافلات كهربائية للنقل العام، مما يحول حل التعدين إلى انتصار للهواء النقي في المدينة.

ما مدى تأكدنا؟
من المهم ملاحظة أن توفير الطاقة بنسبة 34-41% المتوقع لمنجم سيرو ليندو هو محاكاة، وليس حقيقة مقاسة بعد. استخدم المؤلف البيانات الكندية وعدلها بناءً على "درجة الجاهزية" البيروفية لإنشاء هذا التقدير. تنص الورقة صراحة على أن هذه النتيجة هي نتيجة "نموذجية"، وليست مثبتة. الإثبات الحقيقي لن يأتي إلا عندما يشغلون البرنامج التجريبي (المرحلة 2) ويقيسون النتائج في التراب والغبار داخل المنجم.

الخلاصة
تجادل هذه الورقة بأن بيرو مستعدة لاتخاذ الخطوة التالية في التعدين، لكنها بحاجة إلى بناء نظام دعم خاص بها أولًا. الأمر لا يتعلق فقط بشراء آلات جديدة؛ بل يتعلق بتدريب الأشخاص الذين يصلحونها وكتابة القواعد التي تعمل بموجبها. إذا فعلوا ذلك بشكل صحيح، يمكنهم تقليل استهلاك الطاقة بنسبة تقارب 40%، وجعل الهواء أكثر أمانًا لعمال المناجم، وحتى المساعدة في تنظيف شوارع ليما المزدحمة بالدخان باستخدام نفس التكنولوجيا للحافلات العامة. التكنولوجيا موجودة، والحسابات تبدو جيدة، والمسار مرسوم — إنها فقط تنتظر وصول أول آلية تحميل كهربائية إلى الأنفاق البيروفية.