Ô tô điện đang phát triển mạnh mẽ, nhưng việc tái chế pin vẫn còn lâu

Nhiều công ty và nhà đầu tư đang hy vọng vào việc tái chế pin xe điện, nhưng có thể mất một thập kỷ hoặc hơn trước khi có đủ lượng pin lithium-ion đã qua sử dụng.

Benjamin Reynaga đã sử dụng các công cụ để khám phá chiếc Honda Fit hybrid tại một nhà máy tháo dỡ ô tô ở rìa Hoang mạc Mojave, đến khi anh chạm tới bộ phận quan trọng nhất của chiếc xe: cụm pin lithium-ion.

Bản thân chiếc xe đã được xác định sẽ bị nghiền nát trong tương lai, nhưng pin của nó sẽ được xử lý cẩn thận. Pin sẽ được tháo rời và sau đó được gửi đến Nevada, nơi một công ty khác, Redwood Materials, sẽ thu hồi một số kim loại có giá trị bên trong.

Nhà máy nơi ông Reynaga làm việc, ở Adelanto, bang California, đang ở hàng đầu trong quá trình chuyển đổi toàn cầu sang xe điện. Với nhiệm vụ tái chế và tái sử dụng các kim loại như coban, liti và niken, những viên pin cũ cung cấp nguyên liệu chính cho pin mới, giúp các xe điện trở nên hợp lý hơn và bền vững với môi trường.

“Chúng tôi đang chuẩn bị hoàn tất. Nhà máy này chủ yếu tháo dỡ các loại xe chạy bằng xăng, nhưng chúng tôi cũng đang chuẩn bị tháo dỡ thêm các loại xe hybrid và điện”, Nick Castillo, người quản lý nhà máy của LKQ Corporation, cho biết. “Chúng tôi tin rằng cuối cùng nó sẽ tiếp quản mọi thứ. Đó chắc chắn là tương lai.”

Doanh số bán ô tô và xe tải điện đang tăng mạnh. Ngành công nghiệp ô tô và pin đang đầu tư hàng tỷ USD để nâng cấp và xây dựng các nhà máy. Những chiếc xe này có thể giúp giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu, nhưng pin của chúng lại gây ra những vấn đề riêng. Nguyên liệu thô để sản xuất pin đang rất khó khai thác, thường đến từ các quốc gia có lịch sử sử dụng lao động bất hợp pháp và chúng cũng yêu cầu quá trình phức tạp để xử lý nhằm tránh gây ra chất thải độc hại.

May mắn thay, các thành phần của pin cũng có khả năng tái sử dụng cao. Và bây giờ, một cuộc đua đang diễn ra để thu thập và tái chế pin lithium-ion đã qua sử dụng. Các nhà đầu tư mạo hiểm, các nhà sản xuất ô tô và các công ty năng lượng đang đầu tư vào hàng chục công ty tái chế mới được thành lập ở Bắc Mỹ và Châu Âu.

'Chúng ta đang dần loại bỏ xã hội khỏi nhiên liệu hóa thạch và giảm lượng carbon. Không thể phủ nhận quy mô của thách thức này”, Gavin Harper, một nhà nghiên cứu tại Đại học Birmingham ở Anh, chuyên nghiên cứu về tái chế pin, nhấn mạnh. “Nhu cầu tái chế sẽ tiếp tục tăng cao.”

Tuy nhiên, dù có sự lạc quan, ngành kinh doanh mới này đang đối mặt với một thách thức lớn. Đó là sẽ thiếu hụt pin để tái chế ít nhất trong một thập kỷ tới.

Tesla, công ty dẫn đầu trong ngành ô tô điện, bắt đầu bán xe từ năm 2008 và đến năm 2017 họ bán chưa đến 100.000 xe mỗi năm. Bây giờ, mặc dù có nhiều nguồn cung cấp khác để tái chế, bao gồm cả xe hybrid và đồ điện tử tiêu dùng, nhưng nguồn cung vẫn hạn chế và việc thu gom pin có thể gặp nhiều khó khăn.

Điều này đang đặt ra nhiều thách thức cho các công ty tái chế. Họ phải đầu tư vào nhà máy, thiết bị và nhân công hoặc đối mặt nguy cơ mất thị trường cho các đối thủ cạnh tranh. Nhưng nếu họ đầu tư quá nhiều, họ có thể cạn kiệt vốn trước khi có được nguồn pin đủ lớn.

Các công ty cũng phải tự tìm cách thu thập và tháo dỡ pin. Họ cần làm việc với nhiều chuyên gia tháo dỡ, các bãi phế liệu và các tổ chức phi lợi nhuận. Và vì pin dễ cháy và được đóng gói cũng như sản xuất khác nhau giữa các loại máy, việc tháo rời chúng cũng phức tạp và nguy hiểm.

Trong số các công ty tái chế pin, Redwood là một cái tên nổi bật. Công ty được thành lập bởi JB Straubel, cựu giám đốc điều hành hàng đầu của Tesla và đã huy động được hơn 1 tỷ USD từ các nhà đầu tư. Redwood chủ yếu coi mình là nhà sản xuất vật liệu pin — làm từ kim loại thu hồi hoặc khai thác — và đã thiết lập quan hệ đối tác tái chế với những cái tên lớn trong ngành xe hơi như Ford Motor, Toyota, Volkswagen và Volvo. Redwood cũng tái chế phế liệu từ một nhà máy pin do Panasonic và Tesla điều hành, gần Reno, bang Nevada.

Trên một khu đất bằng phẳng, bụi bặm gần nhà máy pin đó, Redwood đang xây dựng một khuôn viên rộng 0,7 km vuông. Ở đó, công ty thu hồi kim loại từ pin cũ và sản xuất vật liệu cho pin mới. Redwood đã công bố vào tuần trước rằng họ sẽ chi ít nhất 3,5 tỷ USD cho một khuôn viên khác ở Nam Carolina, một khu vực khác cũng đang có dấu hiệu sẽ nhanh chóng trở thành trung tâm sản xuất pin và xe điện.

Vật liệu cực âm và cực dương của pin được nén thành một khối lớn tại nhà máy của Li-Cycle ở Rochester, NewYork

Pin có cực dương và cực âm, chứa hầu hết kim loại quý của pin. Khi sử dụng pin, các ion lithium di chuyển từ cực dương sang cực âm. Dòng chảy này bị đảo ngược trong quá trình sạc.

Hầu hết các nguyên liệu làm cực dương và cực âm đều đến từ Trung Quốc, nhưng Redwood hy vọng sẽ sớm thay đổi điều đó. Tại cơ sở ở Nevada, công ty đang chế tạo lá cực dương mỏng bằng đồng tái chế. Redwood cũng có kế hoạch sản xuất vật liệu cực âm ở đó bằng cách sử dụng coban tái chế và hỗn hợp lithium và niken được tái chế và khai thác. Panasonic gần đây cho biết họ có kế hoạch sử dụng các sản phẩm của Redwood trong pin của mình tại hai nhà máy ở Mỹ.

Redwood thường nhận được pin và phế liệu đã qua sử dụng từ các nhà cung cấp như LKQ và các đối tác như Panasonic. Một số vật liệu sẽ được nung ở nhiệt độ thấp trong một quy trình độc quyền. Tất cả pin đều trải qua quá trình ngâm hóa chất và các quy trình khác để cô lập và chiết xuất các kim loại cụ thể.

Redwood mua kim loại nguyên chất vì không có đủ pin cũ và phế liệu. Tuy nhiên, việc khai thác và vận chuyển có thể sử dụng nhiều carbon và gây ra các vấn đề về chuỗi cung ứng, vì vậy các giám đốc điều hành của công ty cho biết họ rất muốn sử dụng nhiều kim loại thu hồi hơn.

Kevin Kassekert, giám đốc điều hành của Redwood cho biết: “Chúng tôi muốn thu nhận càng nhiều nguyên liệu tái chế càng tốt vì đó là nguyên liệu sẵn có tại địa phương”.

Các doanh nghiệp khác chỉ tập trung vào tái chế. Li-Cycle, một công ty Canada được thành lập vào năm 2016 bởi hai cựu cố vấn kỹ thuật — Ajay Kochhar và Tim Johnston — đang xây dựng một số nhà máy.

Tại các trung tâm thu gom ở Alabama, Arizona, New York và Ontario, công ty phân loại pin và phế liệu sản xuất. Trong nhà máy của họ ở Rochester, NewYỏk, một băng chuyền vận chuyển vật liệu lên một tầng trước khi thả chúng vào thùng, nơi chúng sẽ được cắt nhỏ trong khi ngâm trong dung dịch hóa chất để ngăn ngừa hỏa hoạn.

Các mảnh thu được tách ra và Li-Cycle sau đó thu hoạch một chất dạng hạt, được gọi là khối đen. Chúng sẽ được xử lý thành các kim loại thành phần ở nơi khác. Nhưng Li-Cycle có kế hoạch đầu tư tổng vốn khoảng 485 triệu USD để xây dựng một cơ sở, cũng ở Rochester, để biến các khối chất này thành lithium, coban và niken.

Li-Cycle, đã niêm yết trên thị trường chứng khoán vào năm 2021, cho biết họ có hơn 100 nhà cung cấp pin, bao gồm cả quan hệ đối tác với Ultium Cells, một liên doanh giữa General Motors và công ty pin LG Energy Solution của Hàn Quốc. Li-Cycle cũng có quan hệ đối tác chiến lược với gã khổng lồ khai thác mỏ Glencore và Koch Industries, tập đoàn tư nhân với các hoạt động khai thác nhiên liệu hóa thạch rộng lớn. Cùng với nhau, hai doanh nghiệp này đã đầu tư 300 triệu USD vào Li-Cycle.

“Tương tự như sản xuất pin, đây là một ngành đòi hỏi một lượng vốn lớn”, ông Kochhar nói.

Tái chế pin vẫn là một lĩnh vực tương đối mới ở Bắc Mỹ, nhưng các công ty có lịch sử dài ở nước ngoài có thể cung cấp gợi ý về những gì sắp xảy ra. Ví dụ, ở Trung Quốc, có nhiều nhà tái chế nhưng lại thiếu nguyên liệu.

“Họ có quá nhiều khả năng sản xuất và quá ít pin để tái chế”, Hans Eric Melin, người sáng lập công ty tư vấn Circular Energy Storage, chuyên về thị trường pin lithium-ion cũ, cho biết. “Tôi nghĩ đó chính xác là tình huống mà cả châu Âu và Bắc Mỹ sẽ phải đối mặt.”

Có thể mất nhiều năm để tái chế trở thành một ngành phát triển mạnh ở Mỹ. Tương đối ít xe điện đang lưu thông trên đường và hầu hết chúng đều là xe mới. Điện thoại thông minh, máy tính xách tay và các thiết bị điện tử khác cũng chứa pin lithium-ion, nhưng chúng rất khó thu thập và không đủ để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của ngành công nghiệp ô tô.

Nhưng các nhà lập pháp và các nhóm môi trường muốn việc tái chế diễn ra nhanh chóng để cắt giảm lượng khí thải carbon, bảo vệ quốc gia khỏi sự phụ thuộc quá mức vào các nhà sản xuất nước ngoài và thúc đẩy việc xử lý pin an toàn.

Chẳng hạn, Đạo luật Giảm lạm phát do Tổng thống Biden ký vào mùa hè năm nay, yêu cầu tỷ lệ ngày càng tăng các khoáng chất có giá trị trong pin phải có nguồn gốc trong nước hoặc từ một đồng minh thương mại trước khi các phương tiện đủ điều kiện nhận tín dụng thuế. Và Liên minh Châu Âu dường như cũng muốn yêu cầu một tỷ lệ tái chế tối thiểu trong tất cả các loại pin xe điện.

Hiện tại, các nhà tái chế đang tập trung vào việc thu gom phế liệu.

Các nhà máy pin khổng lồ đang được mọc lên khắp thế giới, trong đó có nhiều nhà máy ở Mỹ. Những nhà máy đó có thể cung cấp cho các nhà tái chế rất nhiều vật liệu pin bị lỗi hoặc dư thừa, đặc biệt là trong những năm đầu phát triển của họ.

“Trong quá trình tạo tế bào cho pin lithium ion luôn có những tổn thất không thể tránh khỏi”, Sarah Colbourn, một nhà phân tích nghiên cứu tại Benchmark Mineral Intelligence, nhấn mạnh. “Do đó, có cơ hội thực sự để tái chế những chất thải đó.”

Theo một báo cáo mới đây, dạng phế liệu như vậy sẽ chiếm khoảng 78% vật liệu có thể tái chế trên toàn cầu vào năm 2025 và vẫn là nguồn chính cho các nhà tái chế cho đến giữa những năm 2030, khi pin đã qua sử dụng dần thay thế chúng.

Tuy nhiên, việc tái chế những viên pin chết đó không dễ dàng. Thu gom phế liệu tương đối đơn giản. Các vật liệu từ các nhà máy được xử lý theo lô. Nhưng pin đã qua sử dụng có nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau.

Các thiết kế và phương pháp xây dựng tiêu chuẩn hóa có thể hữu ích, nhưng hầu hết các công ty ô tô và pin không chú trọng đến điều đó. Thay vào đó, họ đang nghiên cứu các phương pháp khác nhau trong quá trình cạnh tranh để tạo ra những chiếc ô tô có thể di chuyển xa hơn trong một lần sạc.

Vào tháng 3, khi Redwood sắp chuyển đến một khuôn viên lớn hơn gần Reno, các công nhân tại một nhà máy nhỏ hơn ở thành phố Carson gần đó đang bận rộn xử lý đồ điện tử tiêu dùng đã qua sử dụng. Một số người sắp xếp các thùng pin lớn từ dụng cụ điện, máy tính xách tay và các thiết bị khác, trong khi những người khác giám sát các băng chuyền đổ pin vào các thùng quay để làm nóng và phân hủy.

“Chúng tôi có cơ hội để thay đổi cách nguyên liệu tái chế được thu hồi và quay lại chuỗi cung ứng của xe điện”, ông Kassekert, giám đốc điều hành của Redwood, nhấn mạnh. “Một nguyên tử kim loại có thể tái chế nhiều lần, vấn đề là bạn thu được nó như thế nào một cách hiệu quả.”

Sau nhiều năm thất bại trước Trung Quốc, các giám đốc điều hành và nhà lập pháp của Mỹ và châu Âu đang lạc quan rằng việc tái chế pin có thể nhanh chóng giúp thiết lập ngành công nghiệp pin trong nước. Tuy nhiên, ông Melin từ công ty tư vấn Circular Energy Storage cho biết, họ có thể cần phải sớm tỉnh táo hơn từ giấc mộng đó.

Vì pin xe điện có thể hoạt động từ 15 đến 20 năm, nhiều loại pin sẽ tìm thấy 'cuộc sống thứ hai' - chẳng hạn như việc được sử dụng để lưu trữ năng lượng từ gió và mặt trời - trước khi chúng được tái chế.

“Sẽ không có nhiều vật liệu để tái chế trong một thời gian dài,” ông Melin nhấn mạnh. “Và từ một góc độ nào đó, điều đó có thể coi là tích cực.”

Tham khảo nytimes