Xe điện đang phát triển mạnh mẽ, nhưng vẫn còn lâu mới có thể tái chế pin của chúng

Nhiều công ty và nhà đầu tư hiện đang quan tâm đến việc tái chế pin xe điện, nhưng có thể mất đến một thập kỷ hoặc hơn để có đủ lượng pin lithium-ion đã qua sử dụng.

Benjamin Reynaga đã sử dụng các công cụ để tháo rời từng bộ phận của chiếc Honda Fit hybrid cũ tại một nhà máy tháo dỡ ô tô ở rìa sa mạc Mojave cho đến khi anh tiếp cận bộ phận quan trọng nhất: cụm pin lithium-ion.

Dù chiếc xe đã được định rằng sẽ bị phá hủy trong tương lai, nhưng pin của nó sẽ được xử lý một cách cẩn thận. Sau khi tháo rời, chúng sẽ được gửi đến Nevada, nơi công ty Redwood Materials sẽ thu hồi một số kim loại quý bên trong.

Nhà máy tại Adelanto, California, nơi ông Reynaga làm việc, được xem là tuyến đầu của ngành công nghiệp ô tô và môi trường trong việc tái chế kim loại như coban, liti và niken. Nếu pin cũ có thể cung cấp nguyên liệu cho pin mới, xe điện sẽ trở nên phổ biến và bền vững hơn với môi trường.

'Chúng tôi đã sẵn sàng. Nhà máy này chủ yếu tháo dỡ các loại xe chạy bằng xăng nhưng sắp tới sẽ tháo dỡ thêm các loại xe hybrid và điện', Nick Castillo, người quản lý của nhà máy thuộc LKQ Corporation nói. 'Chúng tôi tin rằng cuối cùng nó sẽ đảm nhiệm mọi thứ. Đó là tương lai.'

Doanh số bán ô tô và xe tải điện đang tăng vọt. 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 lại mang lại những thách thức riêng. Nguyên liệu thô cho pin đang khó khai thác, thường đến từ các quốc gia có lịch sử sử dụng lao động bất hợp pháp và 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. Hiện nay, một cuộc đua đang diễn ra để thu thập và tái chế pin lithium-ion đã qua sử dụng. Các nhà đầu tư, 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 loại bỏ hoàn toàn xã hội khỏi nhiên liệu hóa thạch và lượng carbon. Quy mô của thách thức đó không thể bị đánh giá thấp', Gavin Harper, một nhà nghiên cứu tại Đại học Birmingham ở Anh, người nghiên cứu về tái chế pin, nói. 'Nhu cầu tái chế sẽ rất lớn.'

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

Tesla, công ty hiện đang thống trị thị trường ô tô điện, bắt đầu bán ô tô từ năm 2008 và cho đến năm 2017 họ bán được chưa đến 100.000 xe mỗi năm. Ngày nay, có nhiều nguồn khác để tái chế, bao gồm cả xe hybrid và đồ điện tử tiêu dùng, nhưng nguồn cung lại hạn chế và việc thu gom pin có thể gặp nhiều khó khăn.

Điều này đang đặt ra thách thức lớn cho các công ty tái chế. Họ cần đầu tư vào nhà máy, thiết bị và lao động hoặc có nguy cơ mất thị trường cho các đối thủ cạnh tranh. Tuy nhiên, nếu họ đầu tư quá nhanh, họ có thể cạn kiệt vốn trước khi có đủ hàng để đưa vào xưởng.

Các công ty cũng phải tự tìm cách để thu thập và tháo dỡ pin. Họ phải hợp tác với nhiều chuyên gia tháo dỡ, bãi phế liệu và các tổ chức phi lợi nhuận. Và do tính chất dễ cháy của pin và cách đóng gói và sản xuất chúng khác nhau, việc tháo rời pin là một quá trình phức tạp và nguy hiểm.

Trong số các công ty tái chế pin, Redwood là một trong những cái tên nổi bật. Được thành lập bởi JB Straubel, người đã từng là 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 xem mình là nhà sản xuất vật liệu pin - được làm từ kim loại tái chế hoặc khai thác - và đã thiết lập quan hệ đối tác tái chế với các tên tuổi lớn trong ngành ô tô 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 phẳng, bụi bặm gần nhà máy pin đó, Redwood đang xây dựng một khuôn viên rộng 0,7 km vuông. Tại đây, 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 âm và dương của pin được nén thành một khối lớn tại nhà máy Li-Cycle ở Rochester, New York

Pin chứa cực dương và cực âm, là nơi chứa hầu hết kim loại quý trong pin. Trong quá trình sử dụng, các ion lithium di chuyển từ cực dương sang cực âm. Quá trình này đảo ngược trong quá trình sạc.

Hầu hết các nguyên liệu để sản xuất cực dương và cực âm đều đến từ Trung Quốc, nhưng Redwood hy vọng sẽ sớm thay đổi điều đó. Tại nhà máy ở Nevada, công ty đang sản xuất lá cực dương mỏng từ đồng tái chế. Redwood cũng dự định sản xuất vật liệu cực âm bằng cách sử dụng coban tái chế và hỗn hợp lithium và niken tái chế và khai thác. Panasonic gần đây đã thông báo rằng họ sẽ sử dụng 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 tạo ra nhiều carbon và gây ra vấn đề về chuỗi cung ứng, vì vậy các giám đốc điều hành của công ty cho biết họ muốn sử dụng nhiều kim loại thu hồi hơn.

Kevin Kassekert, giám đốc điều hành của Redwood, nói: “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, New York, 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 cháy.

Các phần thu được được tách ra và sau đó Li-Cycle thu hoạch một chất dạng hạt, gọi là khối đen. Chúng sẽ được chế biến thành các kim loại thành phần tại các cơ sở khác. Tuy nhiên, Li-Cycle có kế hoạch đầu tư khoảng 485 triệu USD để xây dựng một cơ sở khác ở Rochester để chuyển đổi các khối 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. Họ cũng có mối quan hệ đối tác chiến lược với Glencore và Koch Industries, hai tập đoàn với hoạt động khai thác nhiên liệu hóa thạch lớn. Cùng nhau, hai công ty này đã đầu tư 300 triệu USD vào Li-Cycle.

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

Tái chế pin vẫn còn mới mẻ ở Bắc Mỹ, nhưng các công ty nước ngoài đã có thể đưa ra gợi ý về tương lai. 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 mẽ ở Mỹ. Hiện có ít xe điện trên đường và hầu hết 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.

Tuy nhiên, các nhà lập pháp và các tổ chức môi trường đang áp đặt áp lực để tái chế diễn ra nhanh chóng, nhằm giảm lượng khí thải carbon, giảm sự phụ thuộc vào các nhà sản xuất nước ngoài và thúc đẩy việc xử lý pin an toàn.

Ví dụ, Đạo luật Giảm lạm phát mà Tổng thống Biden ký vào mùa hè năm nay yêu cầu tỷ lệ ngày càng tăng của các khoáng chất quý hiếm trong pin phải có nguồn gốc từ nước này hoặc từ một đồng minh thương mại trước khi các phương tiện được hưởng thuế. Liên minh Châu Âu cũng dường như muốn yêu cầu một tỷ lệ tái chế tối thiểu cho 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 lớn đang mọc lên khắp thế giới, bao gồm cả Mỹ. Những nhà máy này có thể cung cấp cho các nhà tái chế một lượng lớn vật liệu pin lỗi hoặc dư thừa, đặc biệt trong những năm đầu tiên của họ.

“Luôn có sự mất mát không thể tránh khỏi trong quá trình sản xuất tế bào pin lithium ion,” Sarah Colbourn, một nhà phân tích nghiên cứu tại Benchmark Mineral Intelligence, nói. “Do đó, có cơ hội thực sự để tái chế những chất thải đó.”

Theo một báo cáo mới đây, loại phế liệu như vậy dự kiến 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 bắt đầu thay thế chúng.

Tuy nhiên, việc tái chế những viên pin đã hỏng không phải là điều dễ dàng. Việc thu gom phế liệu có vẻ đơn giản. Tuy nhiên, vật liệu từ các nhà máy được xử lý theo từng lô. Pin đã qua sử dụng có nhiều hình dạng và kích thước 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 quan tâm nhiều đến điều đó. Thay vào đó, họ đang tìm kiếm các phương pháp cạnh tranh khác nhau để tạo ra những chiếc ô tô có thể di chuyển xa hơn trong một lần sạc.

Vào tháng 3, khi Redwood chuẩn bị chuyển đến một khuôn viên lớn hơn gần Reno, các công nhân tại một nhà máy nhỏ 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.

“Có cơ hội để chúng tôi thay đổi cách nguyên liệu được thu hồi và trả lại vào chuỗi cung ứng của xe điện,” ông Kassekert, giám đốc điều hành của Redwood, nói. “Một nguyên tử kim loại có thể được tái chế nhiều lần, vấn đề chỉ 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 ở 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, theo ông Melin từ công ty tư vấn Circular Energy Storage, họ có thể cần sớm được “đánh thức” khỏi giấc mộng đó.

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

“Trong một thời gian dài, sẽ không có nhiều nguồn nguyên liệu để tái chế,” ông Melin nói. “Và ở một góc độ nào đó, điều này cũng có thể được coi là tích cực.”

Tham khảo từ nytimes