جیسے جیسے الیکٹرک گاڑیوں کی مانگ بڑھ رہی ہے، سائنسدان پائیدار بیٹریاں بنانے کے لیے مواد کی تلاش کر رہے ہیں۔ لگنن، وہ چیز جو درختوں کو لکڑی بناتی ہے، ایک مضبوط دعویدار بننے کے لیے تیار ہو رہی ہے۔
تقریباً آٹھ سال پہلے، فن لینڈ کے ایک بڑے کاغذ پروڈیوسر نے محسوس کیا کہ دنیا بدل رہی ہے۔ ڈیجیٹل میڈیا کا عروج، آفس پرنٹنگ میں کمی اور پوسٹ کے ذریعے چیزیں بھیجنے کی کم ہوتی مقبولیت - دیگر عوامل کے علاوہ - کا مطلب یہ تھا کہ کاغذ میں مسلسل کمی آئی ہے۔
سٹورا اینسو، فن لینڈ میں، خود کو "دنیا کے سب سے بڑے نجی جنگلات کے مالکان" کے طور پر بیان کرتی ہے۔ اس طرح، اس میں بہت سارے درخت ہیں، جنہیں یہ لکڑی کی مصنوعات، کاغذ اور پیکیجنگ بنانے کے لیے استعمال کرتا ہے، مثال کے طور پر۔ اب یہ بیٹریاں بھی بنانا چاہتا ہے - الیکٹرک گاڑیوں کی بیٹریاں جو آٹھ منٹ میں چارج ہوجاتی ہیں۔
کمپنی نے درختوں میں پایا جانے والا پولیمر لگنن کے استعمال کے امکان کو دیکھنے کے لیے انجینئرز کی خدمات حاصل کیں۔ ایک درخت کا تقریباً 30% حصہ لگنن ہوتا ہے، جو کہ انواع پر منحصر ہوتا ہے - باقی بڑی حد تک سیلولوز پر مشتمل ہوتا ہے۔
"لگنین درختوں میں وہ گوند ہے جو سیلولوز کے ریشوں کو ایک ساتھ چپکاتا ہے اور درختوں کو بہت سخت بھی کرتا ہے،" اسٹورا اینسو کے لگنن پر مبنی بیٹری سلوشن، لگنوڈ کی سربراہ لاری لیہٹنن بتاتی ہیں۔
لگنن، ایک پولیمر، کاربن پر مشتمل ہے۔ اور کاربن بیٹریوں میں ایک اہم جزو کے لیے ایک بہترین مواد بناتا ہے جسے اینوڈ کہتے ہیں۔ آپ کے فون میں موجود لتیم آئن بیٹری میں تقریباً یقینی طور پر گریفائٹ اینوڈ ہوتا ہے – گریفائٹ کاربن کی ایک شکل ہے جس کی تہہ دار ساخت ہے۔
اسٹورا اینسو کے انجینئروں نے فیصلہ کیا کہ وہ اپنی کچھ سہولیات پر پہلے سے تیار کیے جانے والے فضلہ کے گودے سے لگنن نکال سکتے ہیں اور بیٹری اینوڈس کے لیے کاربن مواد بنانے کے لیے لگنن کو عمل میں لا سکتے ہیں۔ یہ فرم سویڈش کمپنی نارتھ وولٹ کے ساتھ شراکت داری کر رہی ہے اور 2025 تک بیٹریاں تیار کرنے کا ارادہ رکھتی ہے۔
کاغذ کی ملیں بڑی مقدار میں فضلہ لگنن پیدا کرتی ہیں، جسے دیگر مقاصد کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے – بشمول بیٹری کے اجزاء بنانا۔
زیادہ سے زیادہ لوگ الیکٹرک کاریں خرید رہے ہیں اور گھر میں توانائی ذخیرہ کر رہے ہیں، توقع ہے کہ آنے والے سالوں میں بیٹریوں کی عالمی بھوک میں تیزی سے اضافہ ہو گا۔ جیسا کہ Lehtonen اسے دیکھتا ہے، "مطالبہ صرف دماغ اڑانے والا ہے"۔
2015 میں، دنیا کے بیٹری اسٹاک میں ہر سال چند سو اضافی گیگا واٹ گھنٹے (GWh) درکار تھے - لیکن یہ 2030 تک سالانہ چند ہزار اضافی GWh تک پہنچ جائے گا کیونکہ دنیا جیواشم ایندھن سے دور ہوتی جارہی ہے، مینجمنٹ کنسلٹنسی مک کینسی کے مطابق۔ مسئلہ یہ ہے کہ آج ہم جن لیتھیم آئن بیٹریوں پر انحصار کرتے ہیں ان کا انحصار زیادہ تر ماحول کو نقصان پہنچانے والے صنعتی عمل اور کان کنی پر ہے۔ اس کے علاوہ، ان بیٹریوں کے لیے کچھ مواد زہریلا اور ری سائیکل کرنا مشکل ہے۔ بہت سے ایسے ممالک میں بھی حاصل کیے جاتے ہیں جہاں انسانی حقوق کا ریکارڈ خراب ہے۔
مصنوعی گریفائٹ بنانے میں، مثال کے طور پر، کاربن کو ایک وقت میں ہفتوں تک 3,000C (5,432F) درجہ حرارت پر گرم کرنا شامل ہے۔ کنسلٹنسی ووڈ میکنزی کے مطابق، اس کے لیے توانائی اکثر چین میں کوئلے سے چلنے والے پاور پلانٹس سے آتی ہے۔
پائیدار بیٹری کے مواد کی تلاش جاری ہے جو زیادہ وسیع پیمانے پر دستیاب ہیں۔ کچھ کہتے ہیں کہ ہم انہیں درختوں میں ڈھونڈ سکتے ہیں۔
عام طور پر، تمام بیٹریوں کو کیتھوڈ اور اینوڈ کی ضرورت ہوتی ہے - بالترتیب مثبت اور منفی الیکٹروڈ، جن کے درمیان چارج شد ذرات جنہیں آئن فلو کہتے ہیں۔ جب بیٹری چارج ہوتی ہے تو، مثال کے طور پر، لیتھیم یا سوڈیم آئن، کیتھوڈ سے اینوڈ میں منتقل ہوتے ہیں، جہاں وہ ایک کثیر المنزلہ کار پارک میں کاروں کی طرح بستے ہیں، جل پیسٹانا، کیلیفورنیا میں مقیم ایک بیٹری سائنسدان اور انجینئر جو اس وقت کام کر رہے ہیں۔ ایک آزاد مشیر۔
وہ بتاتی ہیں، "ایک مواد کے اس پارکنگ ڈھانچے میں جو اہم خاصیت آپ چاہتے ہیں وہ یہ ہے کہ یہ آسانی سے لتیم یا سوڈیم لے سکتا ہے اور اسے چھوڑ سکتا ہے، اور یہ ٹوٹ کر نہیں ٹوٹتا،" وہ بتاتی ہیں۔
جب بیٹری کسی الیکٹرک کار جیسی کسی چیز کو طاقت دینے کے لیے ڈسچارج ہوتی ہے، تو آئن الیکٹرانوں کو چھوڑنے کے بعد واپس کیتھوڈ میں چلے جاتے ہیں - الیکٹران بجلی کے سرکٹ میں تار کے ذریعے گاڑی میں توانائی منتقل کرتے ہوئے حرکت کرتے ہیں۔
پیسٹانا کا کہنا ہے کہ گریفائٹ ایک "شاندار" مواد ہے کیونکہ یہ ایک قابل اعتماد اینوڈ کی طرح کام کرتا ہے جو اس طرح کے رد عمل کو انجام دینے کے قابل بناتا ہے۔ لِگنِن سے ماخوذ کاربن ڈھانچے سمیت متبادل یہ ظاہر کرنے کے لیے لڑ رہے ہیں کہ وہ کام پر ہیں۔
بیٹری کی نشوونما میں لگنن کی صلاحیت کو تلاش کرنے والی متعدد فرمیں ہیں، تاہم، جیسے کہ سویڈن میں برائٹ ڈے گرافین، جو لیگنن سے گرافین – کاربن کی ایک اور شکل – بناتی ہے۔
Lehtonen اپنی فرم کے کاربن اینوڈ مواد کی خوبیوں کی تعریف کرتا ہے، جسے اسٹورا اینسو نے لیگنوڈ کا نام دیا ہے۔ وہ یہ ظاہر نہیں کرے گا کہ کمپنی لگنن کو سخت کاربن ڈھانچے میں کیسے بدلتی ہے، یا وہ ڈھانچہ بالکل کیا ہے، سوائے یہ کہنے کے کہ اس عمل میں لگنن کو گرم کرنا شامل ہے – لیکن درجہ حرارت اتنا زیادہ نہیں جتنا کہ مصنوعی گریفائٹ کی پیداوار کے لیے درکار ہے۔ .
نتیجے میں کاربن کے ڈھانچے کی ایک اہم خصوصیت یہ ہے کہ یہ "بے شکل" ہے، یا بے قاعدہ، لیہٹنن کہتے ہیں: "یہ دراصل آئنوں کی اندر اور باہر بہت زیادہ نقل و حرکت کی اجازت دیتا ہے۔"
اسٹورا اینسو کا دعویٰ ہے کہ اس سے انہیں لتیم آئن بنانے میں مدد ملے گی۔
سوڈیم آئن بیٹری جو آٹھ منٹ سے بھی کم وقت میں چارج ہو سکتی ہے۔ برقی گاڑیوں کی بیٹریاں بنانے والوں کے لیے تیز رفتار چارجنگ ایک اہم مقصد ہے۔
بیکار کاغذ کے گودے سے بنی بیٹریوں کی پائیداری بہت سے عوامل پر منحصر ہے، بشمول اس بات کو یقینی بنانا کہ خام مال حقیقی طور پر فضلہ سے آتا ہے۔
برطانیہ میں امپیریل کالج لندن میں میگڈا ٹیٹیریکی اور ان کے ساتھیوں کی جانب سے لگنن سے ماخوذ کاربن انوڈز کے بارے میں الگ الگ تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ آکسیجن سے بھرپور نقائص کے ساتھ پیچیدہ، بے قاعدہ کاربن ڈھانچے پر مشتمل کوندکٹو چٹائیاں بنانا ممکن ہے۔ یہ نقائص سوڈیم آئن بیٹریوں میں کیتھوڈ سے منتقل ہونے والے آئنوں کے ساتھ انوڈ کی رد عمل کو بڑھاتے دکھائی دیتے ہیں، ٹیٹیریکی کہتے ہیں، جو بدلے میں چارج ہونے کے اوقات کو کم کر دیتا ہے: "یہ کنڈکٹیو چٹائی بیٹریوں کے لیے لاجواب ہے۔"
نیو یارک ریاست میں یونیورسٹی آف روچسٹر میں وائٹ ٹین ہاف نے لیبارٹری کی ترتیبات میں بھی لگنن سے ماخوذ اینوڈز بنائے ہیں۔ وہ کہتے ہیں کہ لگنن "واقعی ٹھنڈا" ہے، کیونکہ یہ ایک ضمنی پیداوار ہے جس کے بہت سے ممکنہ استعمال ہو سکتے ہیں۔ تجربات میں، اس نے اور اس کے ساتھیوں نے پایا کہ وہ لگنن کا استعمال ایک اینوڈ بنانے کے لیے کر سکتے ہیں جس میں خود کو سہارا دینے والا ڈھانچہ ہے، جس کے لیے گلو یا تانبے پر مبنی کرنٹ کلیکٹر کی ضرورت نہیں ہوتی تھی - جو لیتھیم آئن بیٹریوں میں ایک عام جزو ہے۔ اس حقیقت کے باوجود کہ اس سے لگنن سے ماخوذ کاربن انوڈس کی لاگت میں کمی آسکتی ہے، اسے شک ہے کہ وہ گریفائٹ اینوڈس کے ساتھ تجارتی طور پر مقابلہ کر سکتے ہیں۔
وہ کہتے ہیں، "مجھے نہیں لگتا کہ لاگت یا کارکردگی کے لحاظ سے یہ ایک بڑی قدمی تبدیلی ہو گی جس سے گریفائٹ کو تبدیل کیا جائے گا۔"
پائیداری کا مسئلہ بھی ہے۔ انٹرنیشنل کونسل آن کلین ٹرانسپورٹیشن کی ایک محقق چیلسی بالڈینو کا کہنا ہے کہ جب تک اینوڈ کی تیاری کے لیے استعمال ہونے والے لگنن کو کاغذ بنانے کے عمل سے ضمنی پیداوار کے طور پر نکالا جاتا ہے، تب تک بیٹریاں بنانے کے لیے اضافی درخت نہیں کاٹے جائیں گے۔ .
اسٹورا اینسو کے ترجمان نے تصدیق کی ہے کہ، فی الحال، کمپنی کے استعمال کردہ تمام لگنین "پلپنگ کے عمل کا ایک سائیڈ اسٹریم" ہے، اور اسے استعمال کرنے سے درختوں کی کٹائی یا گودا بنانے میں استعمال ہونے والی لکڑی کے حجم میں اضافہ نہیں ہوتا ہے۔
کوئی بھی شخص جو لگنن سے اینوڈس بنانا چاہتا ہے اسے یقینی بنانا چاہیے کہ وہ جنگلات جس سے اس لگنن کو حاصل کیا جاتا ہے وہ بھی پائیدار ہے، تاہم، پیسٹانا کا مزید کہنا ہے۔ "اگر گودا کی صنعت پائیدار نہیں ہے، تو مواد خود ایک پائیدار ماخوذ نہیں ہے،" وہ بتاتی ہیں۔
اسٹورا اینسو کی 2021 کی سالانہ رپورٹ کے مطابق، کمپنی "تمام لکڑی کی اصلیت جانتی ہے جو وہ استعمال کرتی ہے اور 100% پائیدار ذرائع سے آتی ہے"۔
کم از کم ایک اور طریقہ ہے کہ لگنن کو اینوڈس کے علاوہ بیٹریوں میں استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اپریل میں، اٹلی میں ایک تحقیقی ٹیم نے لگنن پر مبنی الیکٹرولائٹ تیار کرنے کی کوششوں کے بارے میں ایک مقالہ شائع کیا۔ یہ وہ جز ہے جو کیتھوڈ اور اینوڈ کے درمیان بیٹھتا ہے - یہ الیکٹروڈز کے درمیان آئنوں کے بہاؤ میں مدد کرتا ہے بلکہ الیکٹران کو بجلی کے سرکٹ کے ذریعے مطلوبہ راستہ لینے پر مجبور کرتا ہے جس سے بیٹری منسلک ہے۔ دوسرے لفظوں میں، یہ الیکٹرانوں کو الیکٹروڈز کے درمیان اچھالنے سے روکتا ہے، جو آپ کے اسمارٹ فون کو دروازے کے ناخن کی طرح مردہ چھوڑ دیتا ہے۔
میلان کی پولی ٹیکنک یونیورسٹی کے گیانمارکو گریفون کا کہنا ہے کہ آپ تیل سے الیکٹرولائٹس کے لیے پولیمر حاصل کر سکتے ہیں، لیکن وہ مزید کہتے ہیں کہ اس کے بجائے متبادل، پائیدار ذرائع تلاش کرنا فائدہ مند ہوگا۔
وہ بتاتے ہیں کہ لگنن کے استعمال کا خیال اس وقت پیدا ہوا جب اس نے اور ساتھیوں نے اس مواد کو سولر پینلز میں استعمال کرنے کا تجربہ کیا - جس کے نتائج قدرے کم تھے۔ "شمسی خلیوں میں آپ کو حاصل ہونے والی افادیت نسبتاً محدود ہے کیونکہ لگنن بھورا ہے، اس لیے یہ حقیقت میں کچھ روشنی جذب کرتا ہے،" وہ بتاتے ہیں۔ بیٹریوں میں، اس سے کوئی فرق نہیں پڑتا ہے۔
اینوڈ کی پیداوار کے لیے، لگنن کو اس کے جزو کاربن میں توڑنے کے لیے گرمی سے علاج کیا جاتا ہے۔ لیکن گریفون، ایک خود ساختہ "پولیمر آدمی" کا کہنا ہے کہ وہ اسے پولیمر کی شکل میں استعمال کرنے کو ترجیح دیتے ہیں۔ اس کو ذہن میں رکھتے ہوئے، اس نے اور ساتھیوں نے ایک جیل پولیمر الیکٹرولائٹ تیار کیا جس نے تجرباتی پوٹاشیم بیٹری میں آئنوں کی نقل و حرکت میں مدد کی۔