پاورقی دنباله‌دار کتاب «یگانه دستگاه: تاریخچه مخفی آیفون» (فصل هفتم/بخش اول)

کژوان آبهشت ۱۶ فروردین ۱۳۹۷ | ۱۸:۳۰

باتری قدرتمند

وصل‌شدن به مخزن سوخت زندگی مدرن

به جز قطب‌های منجمد شمالی و جنوبی زمین، بیابان آتاکامای شیلی لم‌یزرع‌ترین مُرده‌ترین و بی‌روح‌ترین نقطه‌ی دنیاست. اگر در آنجا باشید، لازم نیست زمانی طولانی بگذرد تا خودتان هم به این نکته پی ببرید. اول ته گلوی‌تان خشک می‌شود و بعد کام دهان‌تان و بعد این خشکی به سینوس‌های‌تان سرایت می‌کند و طی مدتی کوتاه، سینوس‌های‌تان مانند پوست خشک حیوانی می‌شود که یک هفته است زیر آفتاب تابان بیابان به‌حال خود رها شده. کلاودیو[۱] پشت فرمان نشسته و دارد من و جیسن، راهنمایم را به‌سمت جنوب و کالاما می‌برد. کالاما یکی از بزرگ‌ترین شهرهای معدنی تمام شیلی است؛ رشته‌کوه آند به‌رنگ سرخ و قهوه‌ای از پشت پنجره‌های وانت شاسی‌بلندمان دیده می‌شود.

راهی سالار ده آتاکاما[۲] هستیم. سالار ده آتاکاما همان‌جایی است که بزرگ‌ترین معدن لیتیم جهان را در خود جای داده است. شرکت انجمن شیمیایی و معدنی شیلی[۳] معدن را اداره می‌کند. این شرکت در سال‌های دور در اختیار دولت شیلی قرار داشت و امروزه، مدیر آن داماد دیکتاتور سابق شیلی است. شرکت انجمن شیمیایی و معدنی شیلی بزرگ‌ترین تولیدکننده‌ی پتاسیم نیترات، ید و لیتیم در تمام دنیاست و مقامات پذیرفته‌اند تا من و جیسن بتوانیم به‌صورت خصوصی دیداری از معدن سالار ده آتاکاما داشته باشیم.

آتاکاما ظاهرش شبیه بیابان‌های کاملاً خشک و برهوت نیست. در فصل زمستان، روی قله‌ی کوه‌هایی که در دوردست واقع‌اند، برف می‌نشیند. اما این بیابان بزرگ و وسیع که صد و شش هزار کیلومتر مربع وسعت دارد، سالانه حدود پانزده میلی‌متر بارندگی به خود می‌بیند. این میزان بارندگی در برخی نقاط حتی کمتر از این هم می‌شود. بعضی از ایستگاه‌های آب‌وهوایی که در بیابان آتاکاما قرار دارند، در طول مدت بیش از صد سال فعالیت خود، حتی یک بار هم گزارشی از بارندگی ثبت نکرده‌اند.

در نقاطی از آتاکاما که میزان بارش از باقی بیابان کمتر است، تقریباً هیچ موجودی زندگی نمی‌کند. در این نقاط حتی میکروب هم یافت نمی‌شود. ما در یکی از معروف‌ترین نقاط بایر و لم‌یزرع بیابان توقف داشتیم. محل توقف ما جایی نبود جز دره‌ی ماه. شباهت دره‌ی ماه به سطح مریخ تا جایی است که ناسا، روبات مخصوصی را که برای کاوش سطح مریخ ساخته بود، در این منطقه آزمایش کرد و علی‌الخصوص آزمایش‌هایی بر روی تجهیزاتی انجام داد که به‌منظور یافت گونه‌های حیاتی در دستگاه کار گذاشته بودند. اما ما باید برای چیزی دیگر شکرگزار وجود چنین منطقه‌ای باشیم و آن هم چیزی نیست جز فعال‌بودن و کارکردن آیفون‌های‌مان.

معدن‌کاران شیلیایی هر روز به چنین محیط بیگانه و غریبی می‌آیند و به کار می‌پردازند و از حوضچه‌های بزرگ و وسیع تبخیری، لیتیم استخراج می‌کنند. آب حوضچه‌ها اما از طریق مخازن بزرگ و زیرزمینی آب شور تأمین می‌شود. طی هزاران سال، آب‌های جاری از رشته‌کوه آند که در همان نزدیکی است، آمده و مواد معدنی را با خود آورده و زیر لایه‌های نمکی دفن کرده و نتیجه‌اش این شده که امروزه، مخازن بزرگ آب در عمق بیابان آتاکاما وجود دارد، سرشار از منابع لیتیم. لیتیم سبک‌ترین فلزات است و همچنین کم‌تراکم‌ترین عنصر جامد. هرچند لیتیم در تمام سطح زمین پخش شده، اما با ناخالصی‌های فراوان همراه است و هرگز نمی‌شود آن را به‌صورت خالص به‌دست آورد، چرا که عنصری است به‌شدت واکنش‌پذیر. باید لیتیم را از ترکیب‌های مختلف جداسازی کرد و برای همین، اغلب هزینه‌ی به‌دست‌آوردن لیتیم، بالا می‌رود. اما در بیابان آتاکاما، غلظت لیتیم از یک‌سو و آب‌وهوای بسیار خشک از سوی دیگر، به کمک معدن‌کاران آمده است تا به‌وسیله‌ی حوضچه‌های تبخیری، به‌راحتی این فلز ارزشمند را به‌دست بیاورند.

بهترین تکنولوژی باتری لپ‌تاپ، تبلت، خودروهای برقی و صدالبته تلفن‌های همراه هوشمند، ساخت باتری‌های لیتیم‌یونی است.

بیابان آتاکاما منبع سرشار لیتیم است. شیلی امروزه یک‌سوم تمام لیتیم تولیدشده‌ی جهان را تولید می‌کند و گفته می‌شود که یک‌چهارم از تمام ذخایر شناخته‌شده‌ی لیتیم دنیا، در شیلی قرار دارد. به‌لطف وجود بیابان آتاکاما در شیلی، این کشور را اغلب «عربستان سعودی لیتیم» می‌خوانند. البته بسیاری از کشورها را می‌شود «عربستان سعودی لیتیم» نامید. مثلاً بولیوی که در همسایگی شیلی واقع شده، ذخایر لیتیمی غنی‌تر از شیلی دارد، اما آن را استخراج نمی‌کند. البته هنوز مشغول استخراجش نشده.

بهترین تکنولوژی باتری لپ‌تاپ، تبلت، خودروهای برقی و صدالبته تلفن‌های همراه هوشمند، ساخت باتری‌های لیتیم‌یونی است. اغلب کسانی که جایگاه لیتیم را در صنعت می‌شناسند، به‌کرات این ماده را «نفت سفید» می‌خوانند. ارزش لیتیم از سال ۲۰۱۵ تا ۲۰۱۶ دو برابر شد، چرا که تقاضا برای خرید این ماده‌ی معدنی در بازار به‌شدت افزایش پیدا کرد.

هرچند از باقی معادن لیتیم در دنیا نیز این ماده را استخراج می‌کنند، اما کماکان بهترین محل برای استخراج و به‌دست‌آوردن این عنصر، بیابان‌های مرتفع کشور شیلی است.

همین‌طور که در جاده به‌پیش می‌رویم، کنار جاده صلیبی می‌بینم که دورتادورش دسته‌های گُل، عکس و اقلام زینتی کوچک گذاشته‌اند. بعد صلیبی دیگر می‌بینم و بعد از آن هم صلیبی دیگر به چشمم می‌خورد.

کلاودیو، راننده‌مان، به ما می‌گوید: «این جاده به روتا دِل موئرته[۴] شهرت دارد. خانواده‌هایی که از این جاده می‌گذرند، مسیر را بلد نیستند. خسته که می‌شوند، از جاده می‌زنند بیرون. راننده‌کامیون‌هایی هم که مسیری طولانی را رانده‌اند، بعد از خستگی از جاده منحرف می‌شوند.»

محلی که ماده‌ی اصلی برای ساخت باتری آیفون‌های‌مان از آنجا استخراج می‌شود، در پایان همین جاده قرار دارد، در پایان جاده‌ی مرگ.

باتری‌ لیتیم‌یونی در دهه‌ی ۱۹۷۰ رایج شد، چرا که در آن زمان دانشمندان می‌پنداشتند که بشریت دارد در جاده‌ی مرگ گام برمی‌دارد. جاده‌ی مرگی واقعی‌تر از جاده‌ی مرگ بیابان آتاکاما. جاده‌ی مرگی که به‌خاطر وابستگی بیش از حد بشریت به نفت پدید آمده بود. دانشمندان و جوامع و حتی شرکت‌های نفتی، همگی به‌دنبال راه‌حلی جایگزین می‌گشتند. البته باتری پیش از آن زمان اختراع شده بود و برای مدتی حدود صد سال، نوعی تکنولوژی راکد به‌حساب می‌آمد که از آن استفاده‌ی چندانی نمی‌شد.

یک عدد باتری، درواقع تنها از سه بخش اصلی تشکیل می‌شود. دو بخش از این سه بخش، الکترود هستند.

نخستین باتری واقعی را آلِسّاندرو وُلتا[۵]، دانشمند ایتالیایی، در سال ۱۷۹۹ اختراع کرد. وُلتا به‌دنبال این بود تا اثبات کند که همکارش، لوئیجی گالوانی[۶]، درباره‌ی منشاء قدرت و توان قورباغه اشتباه می‌کند. گالوانی جریان برق را از دستگاه عصبی قورباغه‌ای مُرده عبور داده و به این نتیجه رسیده بود که دوزیستان، نوعی مخزن داخلی در بدن‌شان دارند که «برق حیوانی» در خود ذخیره می‌کند. همین مجموعه‌آزمایش‌های لوئیجی گالوانی بود که بعدها تبدیل به منبع الهام مری شلی[۷] برای نگارش رمان فرانکنشتاین[۸] شد. گالوانی دریافت که وقتی پای قورباغه را به قلابی برنجی متصل می‌کرد و با چاقوی جراحی آهنی مشغول تشریح آن می‌شد، عضلات پا تکان می‌خوردند. اما ولتا می‌پنداشت که آزمایش دوستش، درواقع دارد نشان می‌دهد که نوعی شار الکتریکی بین دو قطعه‌ی فلزی از جنس‌های گوناگون وجود دارد و این شار الکتریکی، به‌دلیل وجود نوعی واسطه‌ی مرطوب برقرار می‌شود. بعدها البته مشخص شد که هر دو نفر درست می‌گویند. عضلات و سلول‌های عصبی حقیقتاً بیوالکتریسیته دارند و گوشت بدن قورباغه، نوعی رسانا بوده که بین دو الکترود شار الکتریکی برقرار می‌کرده.

یک عدد باتری، درواقع تنها از سه بخش اصلی تشکیل می‌شود. دو بخش از این سه بخش، الکترود هستند. یکی از این‌ها آنُد است که بار منفی دارد و دیگری کاتد است، با بار مثبت. بخش سوم هم الکترولیتی است که بین این دو برقرار است. ولتا برای اینکه فرضیه‌ی خود را آزمایش کند، قطعاتی از زینک و مس را به‌تناوب روی یکدیگر قرار داد و بین هر دو قطعه نیز، تکه‌پارچه‌ای گذاشت خیس از آب‌نمک. این‌گونه بود که او توانست با این شیوه‌ی شلخته و نامناسب، نخستین باتری دنیا را بسازد.

یکی از اولین نمونه‌های باتری ساخت ولتا، ۱۷۹۳

این باتری اولیه، درست مانند بیشتر باتری‌هایی که امروزه ما در دسترس داریم، کار کرد. شیوه‌ي کارش هم کاملاً مشابه بود و از طریق اکسیداسیون و احیاء عمل می‌کرد. واکنش زنجیره‌ای شیمیایی، باعث می‌شد تا الکترون‌ها در آند تجمع کنند. آند در دستگاه ولتا، همان زینک بود. بعد این الکترون‌ها آماده‌ی جهش به کاتد می‌شدند که در دستگاه ولتا، مسی بود. الکترولیت هم خواه پارچه‌ای باشد آغشته به آب‌نمک یا پیکر قورباغه‌ای مُرده، اجازه نمی‌دهد الکترون‌ها از آند به کاتد منتقل شوند. اما اگر شخص بیاید و آند و کاتد را با سیم به هم متصل کند، مدار کامل می‌شود و آند اکسید شده، یعنی الکترون از دست می‌دهد و همین الکترون‌ها هستند که به‌سمت کاتد سرازیر می‌شوند و با همین سرازیرشدن خود، شار الکتریکی به‌وجود می‌آورند.

جان فردریک دنیل[۹] با استفاده از ایده‌ی وُلتا و بسط‌دادن آن، توانست نوعی باتری بسازد که می‌شد از آن برای موارد مصرف واقعی استفاده کرد. باتری دنیل در سال ۱۸۳۶ رواج یافت و به‌مدد همین باتری بود که استفاده از تلگراف الکتریکی نیز رایج شد. رواج باتری دنیل همچنین به استفاده‌ی گسترده‌تر از تکنولوژی‌های مختلف دیگری دامن زد و زمینه‌ساز آن شد.

از آن زمان به بعد، ابداع و نوآوری در ساخت باتری به‌ندرت رخ داده.

از آن زمان به بعد، ابداع و نوآوری در ساخت باتری به‌ندرت رخ داده و خود این تکنولوژی نیز با سرعتی بسیار آهسته پیش رفته است. ابتدا باتری مسی‌زینکی وُلتا بود و بعد باتری سربی‌اسیدی که در خوردوها به‌کار می‌رود و بعدتر هم باتری‌های لیتیمی که امروزه همه‌جا استفاده می‌شوند. استیو لاوین[۱۰] در کتاب نیروگاه[۱۱] می‌نویسد: «سادگی ساختار باتری هم در راه توسعه و بهبود طرح اولیه‌ی وُلتا به‌کمک دانشمندان آمده است و هم سد راه‌شان شده است. باتری دستگاهی است بسیار ساده و اجزای آن بسیار کم‌شمارند. در سال ۱۸۵۹، فیزیک‌دانی فرانسوی به‌نام گاستون پلانته[۱۲] باتری قابل‌شارژِ سربی‌اسیدی را ساخت.» در این باتری، الکترود از جنس سرب بود و الکترولیت آن هم سولفوریک‌اسید. استیو لاوین در کتاب خود می‌نویسد: «ساختار باتری پلانته بسیار ابتدایی و شبیه ساختار باتری ولتا بود، فقط به‌نوعی جنس اجزای آن را تغییر داده بود… باتری انرجایزر[۱۳] در سال ۱۹۸۰ به‌صورت تجاری روانه‌ی بازار شد.» لاوین در کتاب خود خاطرنشان می‌شود که «این باتری، درواقع به‌نوعی نواده‌ی اختراع پلانته است. علم ساخت باتری در زمانی طولانی‌تر از یک قرن، اصلاً دستخوش تغییر نشده بود.» این مسئله تا حدی مایه‌ی حیرت و تعجب است، چرا که باتری یکی از اصلی‌ترین منابعی است که بی‌سروصدا، دارد به تجربه‌ای که از کارکردن با تکنولوژی‌های مختلف داریم، شکل می‌دهد.

اما در دهه‌ی ۱۹۷۰، در دوره‌ی بحران‌های نفتی که کشورهای تولیدکننده‌ی نفت قیمت آن را به‌شدت افزایش دادند و اقتصاد کشورهای مختلفی را فلج کردند، باتری هیدروژنی پدید آمد و قرار بود از آن در خودرویی استفاده شود که فورد[۱۴] آن را خودروی آینده می‌دانست. در همان زمان بود که جست‌وجو به‌دنبال تکنولوژی ساخت نوعی باتری بهتر، از نو آغاز شد و دانشمندان برای این کار انگیزه‌ای تازه پیدا کردند.

[۱] Claudio

[۲] Salar de Atacama

[۳] Sociedad Química y Minera de Chile

[۴] Ruta del Muerte

[۵] Alessandro Volta

[۶] Luigi Galvani

[۷] Merry Shelley

[۸] Frankenstein

[۹] John Frederic Daniell

[۱۰] Steve LeVine

[۱۱] The Powerhouse

[۱۲] Gaston Planté

[۱۳] The Energizer

[۱۴] Ford

برچسب‌ها :
دیدگاه شما

یک دیدگاه
  1. علیرضا خردمند علیرضا خردمند

    خیلی مفید و کامل و بسیار روان بود…

    مرسی و مرسی و مرسی