Việc chuyển đổi sang ô tô điện là rất quan trọng để cắt giảm lượng khí thải phương tiện giao thông. Nhưng nhu cầu tăng vọt đối với ô tô điện đã gây ra những lo ngại ngày càng tăng về chi phí môi trường và sức khỏe con người của pin sau khi ô tô ngưng sử dụng. Sản xuất tiêu tốn nhiều năng lượng và liên quan đến nhiều loại nguyên liệu thô có thể gây ra những thiệt hại đáng kể về môi trường và xã hội khi khai thác. Đây là lý do tại sao toàn bộ chuỗi sản xuất yêu cầu giám sát và quản lý chặt chẽ. Vì pin ô tô gây ra nhiều mối đe dọa môi trường hơn khi hết tuổi thọ, nên việc mở rộng quy mô tái sử dụng và tái chế cũng sẽ là chìa khóa để làm cho việc chuyển đổi sang phương tiện di chuyển phát thải thấp thực sự bền vững.
Pin dự trữ năng lượng tái tạo trong ô tô, hộ gia đình và các nhà máy công nghiệp đã trở thành trụ cột trong chiến lược khử cacbon trên toàn thế giới. Áp lực được đặt ra là phải đảm bảo rằng chúng sẽ không chỉ thực sự bền vững trong giai đoạn sử dụng mà còn cả trước và sau đó.
Các nhà bảo vệ môi trường đã kêu gọi các nhà sản xuất ô tô trên khắp thế giới xem xét lại các hoạt động tìm nguồn cung ứng pin của họ và đảm bảo rằng các chuỗi cung ứng không dựa vào các hoạt động sử dụng nhiều khí thải hoặc phi đạo đức và gây tổn hại đến môi trường. Sự lan truyền nhanh chóng của di động điện tử cũng sẽ dẫn đến sự gia tăng đáng kể lượng pin bị loại bỏ. Việc tái sử dụng và tái chế sẽ phải trở nên toàn diện và hiệu quả hơn nhiều để tránh lãng phí tài nguyên quý giá trong chất thải công nghệ xanh có hại cho môi trường. Việc tăng cường sử dụng vòng tròn sẽ không chỉ cải thiện hơn nữa dấu ấn môi trường của di động điện mà còn giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu nguyên liệu thô quan trọng. Các khái niệm tái chế và tuần hoàn tốt hơn cho vật liệu pin có tiềm năng sinh thái và tài chính “khổng lồ”, Hiệp hội kỹ thuật của Đức VDI cho biết.
Theo Ủy ban Châu Âu, nhu cầu toàn cầu về pin sẽ tăng theo cấp số nhân trong những năm tới và tăng gấp 14 lần vào năm 2030, trong đó Châu Âu chiếm khoảng 1/5 mức tăng. Theo số liệu do Ngân hàng Thế giới công bố, nhu cầu đối với các nguyên liệu pin cụ thể có thể tăng lên 1.000% vào giữa thế kỷ này nếu các nỗ lực nhằm đáp ứng các mục tiêu giảm phát thải của Hiệp định Paris được thực hiện nghiêm túc. Điều này đang biến tiền doanh thu từ các nguồn tài nguyên này ngày càng trở thành tài sản chiến lược có thể sánh ngang với tầm quan trọng địa chính trị ngày nay của trữ lượng dầu hoặc khí đốt.
Các vấn đề cần giải quyết để làm cho pin xanh hơn là rất nhiều, nhưng rõ ràng là dấu ấn sinh thái tổng thể của ô tô điện tử đã nhỏ hơn nhiều so với công nghệ động cơ đốt trong. Trong khi việc tái chế đúng cách có thể đảm bảo rằng việc sản xuất một chiếc xe điện trung bình cần không quá 30 kg nguyên liệu vào năm 2020, thì một chiếc xe động cơ đốt trong trung bình chỉ đốt hơn 17.000 lít xăng cho hoạt động của nó – “tương đương với một chồng thùng dầu cao 25 tầng”, theo tổ chức phi chính phủ Giao thông & Môi trường về phương tiện di chuyển xanh.
Việc chuyển đổi sang phương tiện chạy điện là một cơ hội vàng để giúp giảm thiểu tác động to lớn đến môi trường và xã hội của các hoạt động khai thác tài nguyên hiện nay trên toàn cầu. Chương trình Môi trường Liên hợp quốc tính toán rằng khoảng một nửa lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính trên thế giới, gần 90% thiệt hại trên toàn thế giới về đa dạng sinh học và các vấn đề khan hiếm nước, cũng như một phần lớn của tất cả các cuộc xung đột bạo lực cuối cùng là do khai thác và xử lý tài nguyên.
Sự sẵn có và nguồn cung cấp vật liệu pin
Phần lớn khối lượng của pin bao gồm các nguồn có sẵn rộng rãi trên thị trường quốc tế, ví dụ như thép hoặc nhôm. Chúng bao gồm tài nguyên chính từ khai thác và cả tài nguyên thứ cấp thu được bằng cách tái chế.
Ngược lại, việc cung cấp một số vật liệu quan trọng khác trong tế bào pin tập trung cao về mặt địa lý, và các nhà sản xuất vẫn thiếu các quy trình tái chế có thể mở rộng nhanh chóng để giữ chúng trong vòng sản xuất. Lithium và coban là những thành phần quan trọng và nhu cầu đối với hai kim loại này dự kiến sẽ tăng lần lượt 60 lần và 15 lần vào năm 2050, theo Kế hoạch Hành động của Ủy ban Châu Âu về Nguyên liệu thô quan trọng.
Trong những năm qua, sản xuất Lithium đã bị Australia thống trị, tiếp theo là Chile, Argentina và Trung Quốc. Các mỏ lithium lớn nhất thế giới tập trung ở ba quốc gia Nam Mỹ, đó là Bolivia, Chile và Argentina, cùng nắm giữ khoảng 60% nguồn tài nguyên hiện có. Trong cái gọi là ‘tam giác lithium’ ở vùng sa mạc Atacama khô cằn này, việc tiêu thụ nước để chiết xuất lithium từ nước muối đã trở thành một mối quan tâm lớn.
Khoảng 240.000 tấn lithium sẽ cần trên toàn thế giới vào năm 2030 và 1,1 triệu tấn vào năm 2050, để duy trì xu hướng di chuyển bằng điện hiện nay, theo số liệu do Viện Sinh thái Ứng dụng Đức ( Öko-Institut ) công bố. Trữ lượng đã được chứng minh tính đến năm 2020 lên tới 17 triệu tấn, nhưng nguồn tài nguyên tiềm năng được cho là lớn hơn nhiều. Nhu cầu tăng cao dẫn đến giá cả tăng lên, có nghĩa là việc thăm dò và khai thác từ các nguồn trước đây chưa được biết đến hoặc không có lợi nhuận trở nên hấp dẫn hơn, bao gồm, ví dụ, các mỏ dưới đáy biển sâu rất tốn kém để tiếp cận.
Một mỏ lithium ở Dãy núi Ore ở biên giới Séc-Đức được cho là có thể chứa đủ lithium để cung cấp năng lượng cho khoảng mười triệu ô tô điện. Một dự án khác ở Đức có thể trở nên lớn hơn nữa là một thí điểm tìm cách chiết xuất lithium trung tính CO2 “đầu tiên trên thế giới” cho pin ô tô trong một dự án khai thác địa nhiệt ở Thung lũng Rhine, minh họa nhiều phương pháp tìm nguồn cung ứng mới có thể trở nên phù hợp trong chuyển dịch công nghệ. Và nhiều dự án khác, đối với lithium và các kim loại quý khác, ở các khu vực từ Bồ Đào Nha đến Na Uy cho thấy các quốc gia trên khắp châu Âu đang cân nhắc lại việc cung cấp tài nguyên khoáng sản của họ.
Theo Öko-Institut, trữ lượng lithium đã được chứng minh đã lớn gấp 4 lần so với năm 2008. Nếu tính toàn bộ tiềm năng của các nguồn tài nguyên đã được xác định, khoảng 80.000 triệu tấn lithium hiện có, theo Öko-Institut. Do đó, cơ quan tài nguyên DERA của Đức đã xếp lithium vào nhóm “rủi ro trung bình” trong chỉ số nguyên liệu thô quan trọng năm 2019 của họ. Mặc dù sự tập trung nguồn cung theo địa lý hiện tại, “quản trị tốt” ở các nước tìm nguồn cung ứng có khả năng đảm bảo nguồn cung ổn định.
Mặt khác, đối với coban, cơ quan này nhận thấy rủi ro cao hơn nhiều, vì dự trữ tập trung ở các bang nơi bất ổn chính trị hoặc các cân nhắc địa chiến lược có thể cản trở khả năng tiếp cận của ngành công nghiệp Đức. Khai thác coban tập trung ở Cộng hòa Dân chủ Congo (DRC), chiếm 60% sản lượng toàn cầu. Điều kiện lao động độc hại và việc sử dụng nhiều lao động trẻ em trong các mỏ của nó là khét tiếng. DRC cũng nhận được hầu hết các khoản đầu tư vào các dự án khai thác mới trong những năm gần đây, theo Viện Khoa học Địa chất và Tài nguyên Liên bang Đức ( BGR ).
Các nhà nghiên cứu của Viện Helmholtz Đức cho biết chỉ riêng nhu cầu sản xuất pin có thể vượt xa các nguồn coban đã được kiểm chứng, và ủng hộ các nghiên cứu sâu hơn về việc thay thế coban bằng các chất thay thế có sẵn rộng rãi hơn. Nhà sản xuất ô tô Tesla đang cố gắng chấm dứt sử dụng coban do kim loại này có nhiều nhược điểm.
Trong một vấn đề tương tự, sự thống trị của lithium không chắc chắn, vì nó cũng có thể bị thách thức bởi các vật liệu khác có đặc tính tốt hơn. Tuy nhiên, nhìn chung, nhu cầu đối với cả hai nguyên tố và nhiều loại vật liệu khác, chẳng hạn như niken, đồng và than chì, dự kiến sẽ tăng đáng kể trong những năm tới.
Nhiều công ty lớn, chẳng hạn như nhà sản xuất ô tô BMW và tập đoàn hóa chất khổng lồ BASF, cố gắng làm cho hoạt động tìm nguồn cung ứng của họ minh bạch hơn. Nhưng một loạt các tổ chức phi chính phủ trong cái gọi là Sáng kiến Luật Chuỗi cung ứng cho biết nỗ lực của các công ty riêng lẻ là không đủ trước những thay đổi quan trọng trên thị trường tài nguyên liên quan đến việc chuyển đổi sang di động điện tử và năng lượng tái tạo. Họ kêu gọi một luật hiệu quả nhằm thực thi các tiêu chuẩn mua sắm tài nguyên tốt hơn để tạo ra một sân chơi bình đẳng cho các công ty. Các đề xuất hiện tại cho một hành động chuỗi cung ứng ở cấp độ châu Âu đã thúc đẩy chính phủ Đức ban hành luật quốc gia, nhưng nó đã bị chỉ trích vì bỏ qua các khía cạnh môi trường quan trọng.
Điều gì xảy ra với pin cũ?
Nhiều nghiên cứu cho rằng tuổi thọ trung bình của pin ô tô điện tử là từ 8 đến 10 năm, nhưng nhiều loại đã được sử dụng trong thời gian dài hơn. Pin trong tương lai có thể tồn tại lâu hơn nữa, vì nhiều nhà sản xuất pin đã cho biết sự xuất hiện của pin “triệu dặm” sắp xảy ra. Những thứ này có thể tồn tại lâu hơn xe của họ và có khả năng được sử dụng nhiều lần.
Một khi chúng giảm xuống dưới mức công suất sạc khoảng 80 phần trăm, pin thường không còn phù hợp để sử dụng trên ô tô. Hiện tại, số lượng pin EV cuối tuổi thọ của chúng vẫn còn tương đối thấp. Nhà sản xuất ô tô Volkswagen nói với Clean Energy Wire, việc xử lý pin cũ hiện tại của họ phần lớn chỉ giới hạn ở “nguồn bên trong” như các nguyên mẫu cũ. Lợi nhuận của khách hàng chưa đóng vai trò quan trọng, nhưng điều này dự kiến sẽ thay đổi đáng kể trong thập kỷ tới. Trong năm 2030, khối lượng pin EV cũ có thể thêm lên đến 1,7 triệu tấn trong EU, theo tư vấn Roland Berger. Những điều này có thể đáp ứng tới 30% nhu cầu hiện tại đối với các vật liệu có giá trị như coban hoặc niken.
Ứng dụng thứ hai giúp cải thiện môi trường
Thay vì tháo rời pin để tái chế, một cách hiệu quả hơn là làm cho chúng phù hợp với các mục đích khác. Câu lạc bộ ô tô ADAC cho biết rằng một chiếc ắc quy ô tô trải qua tới 2.500 chu kỳ sạc vẫn còn dung lượng còn lại khoảng 75%, khiến việc vứt bỏ chúng ở giai đoạn đó là không hợp lý về mặt sinh thái và kinh tế. Các ứng dụng đời thứ hai làm bộ lưu trữ cố định ít có hiệu suất dùng pin so với việc sử dụng chúng trên xe. Điều này có nghĩa là chúng có thể tiếp tục chạy thêm 15 năm nữa sau khi được đưa ra khỏi phương tiện. Điều này có thể xảy ra ở quy mô nhỏ hoặc trong các ứng dụng công nghiệp kết nối số lượng lớn pin, một cách tiếp cận mà chính các nhà sản xuất ô tô đang thử nghiệm. Nhu cầu đối với pin tĩnh lưu trữ để ổn định lưới điện bị chi phối bởi năng lượng tái tạo sẽ phát triển nhanh chóng trong những năm sắp tới.
Tái chế có tiềm năng lớn
Một khi pin đã vượt quá tuổi thọ sử dụng, chúng sẽ biến thành chất thải công nghiệp. Với những khó khăn đã biết trong việc tìm nguồn cung cấp nguyên liệu thô và sự kém hiệu quả hiện tại của việc tái chế, việc xử lý pin sau khi sử dụng vẫn có tiềm năng to lớn để cải thiện dấu vết môi trường của chúng. Vào năm 2035, hơn 1/5 lượng lithium và 2/3 lượng coban cần thiết sẽ đến từ pin EV được tái sử dụng, theo Transport & Environment. “Điều này, kết hợp với cải tiến mật độ pin, sẽ giảm tác động của việc khai thác và giảm đáng kể sự phụ thuộc vào nhập khẩu.”
Tỷ lệ thu hồi từ pin lithium-ion cho một số tài liệu đã đạt đến 90 phần trăm, ví dụ thép, đồng và niken, theo Öko-Institut. Nhưng tỷ lệ thu hồi của các vật liệu khác, chẳng hạn như lithium, mangan hoặc graphite, hiện đang rất thấp, mặc dù đã có những tiến bộ trong việc tìm kiếm các quy trình mới chưa đủ hiệu quả cho các ứng dụng công nghiệp.
Luật pháp lỗi thời
Pin đã loại bỏ không thể được gửi vào bãi rác. Theo Đạo luật về pin của Đức, bản thân nó dựa trên Chỉ thị về pin của EU năm 2006, các nhà bán lẻ phải nhận lại miễn phí pin dành cho ô tô điện tử từ khách hàng của họ. Sau đó, các nhà bán lẻ ô tô có thể chuyển các vật liệu vụn cho các nhà sản xuất.
Trong khi các thành phần của pin nhỏ hơn có thể được xử lý bằng cách đốt cháy, ít nhất 50 phần trăm vật liệu trong pin ô tô lớn hơn và năng lượng cao phải được tái chế. Nhưng chỉ thị này có trước sự hấp thụ nhanh chóng của pin lithium-ion, và do đó nó không chỉ định dòng nguyên liệu cho các thành phần được sử dụng trong công nghệ hiện đang chiếm ưu thế. Do đó, các mức độ tái chế cần thiết có thể được đáp ứng bằng cách tái sử dụng kim loại và nhựa trong vỏ, rẻ hơn nhiều nhưng không làm ảnh hưởng đến các kim loại quý bên trong các tế bào pin, theo ADAC.
Sau khi pin được xả hết và các tế bào được lấy ra khỏi vỏ, có hai phương pháp cơ bản để tái chế các vật liệu có giá trị bên trong các tế bào. Các thành phần có thể được nấu chảy hoặc nghiền thành hạt, sau đó được làm khô và lọc để tách các thành phần. Theo UBA, các nỗ lực tái chế thường tập trung vào việc lấy lại các kim loại quý (niken, coban, đồng, sắt và nhôm) và tránh các kim loại nặng như quicksilver, cadmium hoặc chì rò rỉ ra môi trường. Cơ quan này cho biết, một số thành phần được thu thập do đó không được đưa trở lại chu kỳ kinh tế mà cuối cùng sẽ trở thành vật liệu lấp đầy để xây dựng đường – đó là lý do tại sao cần phải có một định nghĩa mới và chặt chẽ hơn về phương tiện “tái chế” chính xác. Không có tiêu chuẩn ngành cho thiết kế thân thiện với môi trường của pin xe hơi. Mỗi nhà sản xuất ô tô sử dụng các mô hình khác nhau, điều này làm cho việc tự động hóa quy trình xử lý và tái chế trở nên khó khăn. Việc phân tách thường được thực hiện bằng tay.
Chính phủ Đức đã hỗ trợ một số dự án nghiên cứu và công nghiệp nhằm cải thiện khả năng tái chế trước khi khối lượng đạt đến mức cao hơn nhiều (ví dụ LithoRec, LiBRi, LithoRec II, EcoBatRec, ABattReLife, New-Bat ).
Ủy ban Châu Âu đã đề xuất một quy định mới về pin vào cuối năm 2020 trong bối cảnh Kế hoạch Hành động Kinh tế Thông tư của mình. Quy định này nhằm thay thế chỉ thị hiện có từ năm 2006, chỉ đề cập đến các khía cạnh bán lẻ và quản lý chất thải. Ngược lại, quy định mới đề cập riêng đến việc thải bỏ an toàn các thành phần pin, nguồn cung ứng sạch và có đạo đức, điều kiện sản xuất bền vững và các khía cạnh kinh tế tuần hoàn, chẳng hạn như hạn ngạch thu gom, tuổi thọ thứ hai, độ bền hoặc thiết kế thân thiện với môi trường. Nó cũng quy định rằng chỉ những loại pin có công bố lượng khí thải carbon mới có thể được đưa vào thị trường cho xe điện và kho lưu trữ công nghiệp vào giữa năm 2024.
