Người ta làm gì với pin xe điện sau khi đã sử dụng?

Mùa hè này, Dirk Spiers, nhà sáng lập và là chủ tịch của Spiers New Technologies Inc (SNT) đã nhận được thông báo từ hãng xe General Motors (GM) về nhiều vấn đề xảy đến với chiếc Chevrolet Bolt. Năm trước, mẫu xe này từng được ca ngợi là chiến thắng vĩ đại của GM trước Tesla, chiếc xe điện đại chúng thực sự đầu tiên của Mỹ, tuy nhiên năm nay nó dần giống như một thảm họa hơn. Chevrolet Bolt bị triệu hồi vì một loạt vụ cháy gây thiệt hại lớn khi sạc qua đêm. Vấn đề bắt nguồn từ những sai sót trong cell pin lithium-ion do công ty LG Chem của Hàn Quốc sản xuất.

Hiện tại, GM đang mở rộng triệu hồi toàn bộ 141.000 Chevrolet Bolts được bán trên toàn cầu kể từ năm 2017. Sửa chữa các cell pin này yêu cầu một chuỗi hoạt động cực lớn. Không giống như các loại pin axit chì có kích thước bằng lò nướng bánh bên trong hầu hết các loại xe chạy bằng khí đốt, pin lithium-ion bên trong Chevrolet Bolt bao phủ hết chiều dài cơ sở của xe và nặng 435 kg, nó cấu thành từ hàng trăm cell pin rất tinh vi và phức tạp. Tháo rời để sửa chữa sẽ khá nguy hiểm, xử lý không đúng có thể dẫn đến khói độc và hỏa hoạn.

Mối lương duyên của Dirk Spiers với GM bắt đầu từ 11 năm trước đó, khi ông thảo luận với người đứng đầu bộ phận phát triển của GM về định hướng của họ đối với pin xe điện khi hư hỏng hoặc đến cuối vòng đời. Hóa ra GM không có một kế hoạch nào về nó cả. Dirk Spiers đã chớp lấy cơ hội, biến “khoảng trống” đó trở thành một doanh nghiệp đảm nhận giải pháp logistics đối với pin EV đã hết tuổi thọ và sắp hư hỏng cho mọi nhà sản xuất ô tô lớn bán ở Mỹ, ngoại trừ Tesla. Spiers New Technologies nhận pin bị lỗi, vận chuyển, kiểm tra, tháo rời, sửa chữa và cải tạo chúng nếu có thể. “Chúng tôi làm cho bàn tay của mình được bẩn”, Spiers nói.

Khi pin không thể sửa chữa hoặc tái sử dụng, SNT sẽ tái chế một số ngay tại cơ sở. Ngoài ra, họ cũng lưu trữ lại số pin này. Nhà kho chính của SNT ở thành phố Oklahoma chứa hàng trăm khối pin ô tô điện, xếp chồng lên nhau trên các kệ cao 9 mét.

Nguy cơ pin EV trở thành nguồn gây ô nhiễm thay vì giải pháp “xanh”

Những khối pin đó và hàng triệu khối pin khác trong tương lai, cuối cùng sẽ không thể sử dụng được nữa, đó là một thách thức đối với tương lai điện khí hóa của thế giới. Các nhà sản xuất ô tô đang đổ hàng tỷ USD vào quá trình điện khí hóa với hứa hẹn rằng thế hệ ô tô hiện tại sẽ “sạch” hơn so với những chiếc xe tiền nhiệm chạy bằng khí đốt. Vào cuối thập kỷ này, Cơ quan Năng lượng Quốc tế ước tính sẽ có từ 148 triệu đến 230 triệu phương tiện chạy pin trên toàn thế giới, chiếm tới 12% số xe toàn cầu.

Pin Lithium-ion, giống như các thiết bị điện tử khác, rất độc hại và có thể gây ra các đám cháy hủy diệt, lây lan nhanh chóng. Một báo cáo gần đây của Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) cho thấy pin lithium-ion đã gây ra ít nhất 65 vụ cháy tại các cơ sở xử lý rác thải đô thị vào năm ngoái, mặc dù hầu hết nguyên nhân đến từ các loại pin nhỏ hơn, như pin dành cho điện thoại di động và laptop.

Nhưng ở một khía cạnh khác, những khối pin cũ đó là cơ hội mở ra một tương lai ô tô “xanh” hơn. So với các loại xe chạy khí đốt thì xe điện thân thiện với môi trường hơn, nhưng vẫn sẽ đi kèm với sự trả giá về môi trường. Pin EV chứa các khoáng chất có giá trị như coban và lithium, chủ yếu được khai thác và xử lý ở ngoài nước Mỹ, nơi chúng khiến cộng đồng địa phương chịu tổn hại vì tình trạng bóc lột lao động và ảnh hưởng các nguồn tài nguyên quan trọng như nước, làm tăng lượng khí thải carbon toàn cầu.

Tương lai của xe điện đòi hỏi một quy trình xử lý pin “hết đát” thông minh

Trong điều kiện lý tưởng, mỗi khối pin lithium-ion trong nhà kho Oklahoma sẽ được tái sử dụng, tái chế để tạo ra pin lithium-ion có tuổi thọ 10, 25, thậm chí 50 năm kể từ bây giờ và không cần sử dụng đến nhiều nguyên liệu như hiện tại - các chuyên gia gọi đây là “nền kinh tế tuần hoàn”. Để biến ý tưởng thành hiện thực, các nhà tái chế đang chạy đua tìm ra phương pháp hiệu quả, thân thiện với hành tinh nhằm biến đổi lượng pin đã qua sử dụng thành các bộ phận có giá trị nhất và sau đó cải tạo cho mục đích mới. Các bên tham gia bao gồm Redwood Materials , một công ty ở Nevada do các cựu giám đốc điều hành Tesla lãnh đạo; công ty sản xuất và phát triển pin xe điện Northvolt của Châu Âu; và Li-Cycle có trụ sở tại Toronto.

Về mặt lý thuyết, theo nghiên cứu được thực hiện trong phòng thí nghiệm của Alissa Kendall, giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi trường tại Đại học California, vật liệu tái chế có thể cung cấp hơn một nửa lượng coban, lithium và niken cho các loại pin mới vào năm 2040. Ngành công nghiệp xe điện mới nổi cần một quy trình xử lý kết thúc vòng đời pin thông minh, cùng với các trạm sạc rộng rãi, các kỹ thuật viên ô tô được đào tạo và một mạng lưới điện kiên cố. Đó là cơ sở hạ tầng thiết yếu, chìa khóa để khiến cho tương lai điện khí hóa trở nên “xanh” nhất có thể.

Có một điều chắc chắn rằng: Cách xử lý hiện tại đối với những chiếc xe đã “về vườn” là không đủ. Ô tô thường là loại phương tiện được mang đi khắp các lục địa; trung bình có thể thuộc về ba đến bốn chủ sở hữu và đi xuyên các biên giới quốc tế trong suốt thời gian tồn tại của nó. Cuối cùng, khi không còn giá trị sử dụng, nó rơi vào tay một mạng lưới bao gồm những người bán đấu giá, tháo gỡ linh kiện và bãi phế liệu trên toàn cầu.

Hệ thống tái chế, sửa chữa ngày nay hoạt động tốt một phần vì kim loại phế liệu có giá trị và sẵn có một thị trường lành mạnh tiếp nhận các phụ tùng ô tô thông thường. Những bên kinh doanh tháo lắp (bao gồm cả những bên hoạt động tránh né cơ quan quản lý) sẽ tạo ra một tác phẩm nghệ thuật tuyệt vời sau khi vắt kiệt từng xu một chiếc ô tô hết giá trị sử dụng, Andy Latham, CEO của Salvage Wire, một công ty tư vấn tái chế ô tô ở Anh cho biết. Hơn 95% ô tô được tái chế ngày nay vì người tiêu dùng có thể đòi lại tiền đặt cọc trước đó khi họ hồi trả lại pin và việc tháo gỡ xe cũng tương đối đơn giản. Ngược lại, các khối pin Lithium-ion là những cỗ máy nặng nề với hàng chục linh kiện và thiết kế hoàn toàn khác nhau tùy thuộc vào nhà sản xuất. “Điện áp trong những khối pin này rất nguy hiểm. Chúng ta không biết được những rủi ro từ đó”, Latham, người huấn luyện sửa chữa xe điện cho biết.

Tháo gỡ các vật liệu quý giá từ khối pin EV rất khó khăn và tốn kém. Quy trình tái chế thường yêu cầu nghiền vụn pin, sau đó phá vỡ chúng bằng nhiệt hoặc hóa chất tại các cơ sở chuyên dụng. Những công đoạn này tương đối đơn giản. Công đoạn khó hơn là đưa pin chết đến các cơ sở tái chế từ bất cứ nơi nào chúng hư hỏng. Theo một nghiên cứu gần đây, khoảng 40% tổng chi phí tái chế đến từ khâu vận chuyển. Các khối pin EV rất lớn vì vậy chúng cần được vận chuyển bằng xe tải (không phải máy bay) trong các thùng thiết kế đặc biệt, trên một đoạn đường rất xa để đến các cơ sở tái chế tập trung. Xử lý pin lithium-ion đòi hỏi khắt khe đến mức các đại lý đã chọn vận chuyển toàn bộ chiếc xe bị hư hỏng nặng gần 2 tấn đến thành phố Oklahoma, chỉ để SNT có thể trích lọc và sửa chữa hoặc tái chế khối pin nặng gần nửa tấn bên trong.

Nhìn chung, hành trình tái chế pin tốn nhiều công sức và tài nguyên đến nỗi nó thường lớn hơn cả chi phí khai thác nguyên liệu mới từ lòng đất. Hiện tại, vật liệu tái chế pin duy nhất có thể mang lại lợi nhuận là coban, vì kim loại này rất hiếm và đắt. Vì vậy, nhiều nhà sản xuất pin tỏ ra không mấy mặn mà và hy vọng sẽ sớm loại bỏ quy trình này. “Tái chế không mang lại lợi nhuận cho tất cả mọi người. Đó chỉ là kinh tế học giả tưởng”, Leo Raudys, Giám đốc điều hành của Call2Recycle, một tổ chức phi lợi nhuận chuyên xử lý hậu cần tái chế pin cho hay. Ngay cả pin không có coban cũng độc hại và dễ gây cháy nổ nguy hiểm, mặc dù chúng chứa nhiều vật liệu có giá trị, như lithium và niken. Nhưng tái chế chúng một cách đầy trách nhiệm cũng sẽ đi đôi với ít lợi nhuận hơn.

Tuy vậy, Hans Eric Melin, nhà sáng lập của Circular Energy Storage, một công ty tư vấn chuyên về tuổi thọ chu kỳ của pin cho rằng thời gian sẽ giải quyết nhiều vấn đề, khi càng nhiều pin đến cuối vòng đời, tính kinh tế theo quy mô sẽ làm giảm chi phí sản phẩm. Một hướng giải quyết khác theo Melin đó là đặt các nhà sản xuất pin và nhà tái chế pin gần nhau hơn. Ông nhấn mạnh rằng ngành công nghiệp tái chế pin phát triển mạnh nhất là ở Trung Quốc, nơi 70% pin lithium-ion được sản xuất. Ở Bắc Mỹ và Châu Âu, không có nhiều nhà sản xuất và cơ sở tái chế như vậy. Nhưng một số hãng xe đã thiết lập các chương trình tái chế tại chỗ để tự sửa chữa các nguyên liệu của chính họ, trong khi các nhà tái chế cũng đang suy nghĩ về việc chế tạo ra pin. Vào tháng 9, công ty khởi nghiệp tái chế pin Redwood Materials cho biết họ sẽ bắt đầu chế tạo các điện cực âm của pin từ các nguyên tố thu hồi được.

Ngoài ra, một số người cho rằng pin sẽ “rò rỉ” từ các hệ thống xử lý này và không được tái chế ngay lập tức. Một số ô tô điện sẽ được xuất khẩu ra nước ngoài, giống như khoảng 40% các phương tiện chạy bằng khí đốt hiện tại. Đó là số phận chung vì những chiếc xe bị xem là không phù hợp với đường xá của Mỹ vẫn sẽ bị mang ra nước ngoài và hạ giá thành sâu. Melin cho biết một số lượng nhỏ xe điện cũ đã được chuyển ra nước ngoài. Trong nghiên cứu của mình, ông dễ dàng tìm thấy các mẫu Nissan Leaf cũ chạy điện ở Ukraine, nơi hãng xe này không hề bán chúng tại thị trường cho đến mùa hè năm nay.

Mang xe ô tô đã qua sử dụng ra nước ngoài là một cách quan trọng giúp xe điện tiếp cận được với các nước nghèo hơn. Nhưng nó đặt ra câu hỏi là liệu những nơi này đã sẵn sàng để tái chế pin an toàn, thân thiện với môi trường khi phương tiện di chuyển hư hỏng hay không. “Chúng tôi có bằng chứng về việc buôn bán chất thải điện tử với cách xử lý tái chế khá tồi tệ”, Kendall nói và chỉ ra những nơi như Ấn Độ và Đông Nam Á.

Tại Mỹ, pin EV có thể “rò rỉ” vào những góc khuất của ngành công nghiệp ô tô, với những người tiêu dùng không có tiền hoặc không muốn xử lý rác thải. Kết quả sẽ là dự trữ lại pin với hy vọng rằng chi phí tái chế cuối cùng sẽ giảm hoặc giá trị của pin sẽ tăng lên. “Một phần trong số đó là những suy nghĩ viển vông”, Kendall nói. Đôi khi, những khối pin sẽ rơi vào tay những người thừa sự nhiệt tình nhưng không phải lúc nào cũng quan tâm đến độ an toàn. Điều này có thể hữu ích, bởi vì những người theo trường phái DIY có thể ép nhiều electron ra khỏi pin hơn bằng cách tái sử dụng chúng cho mục đích sử dụng mới, chẳng hạn như lưu trữ năng lượng tại nhà.

Chính phủ có thể cũng sẽ tham gia, như những gì đã làm với hệ thống tiền đặt cọc pin axit-chì. Năm ngoái, Liên minh châu Âu đã đề xuất các quy định yêu cầu các nhà sản xuất pin và ô tô phải xử lý pin tái chế, bất kể bên nào nắm giữ pin sau cùng. Các tiêu chuẩn mới ở EU cũng sẽ quy định tối thiểu pin mới chứa bao nhiêu kim loại quý được tái chế từ các thiết bị cũ, thay vì nguyên liệu nguyên chất.

Tương lai pin EV đòi hỏi trách nhiệm và sự cân bằng

Việc điều chỉnh ngành sản xuất pin đòi hỏi một sự cân bằng cẩn thận. Các quy tắc nghiêm ngặt nhằm tối đa hóa tính “xanh” của xe điện có thể làm chậm việc hội nhập sử dụng ô tô điện và dẫn đến đốt cháy nhiều nhiên liệu hóa thạch hơn - một số phận tồi tệ hơn nhiều cho hành tinh. Một điều lo ngại đặc biệt đối với các nhà sản xuất ô tô đó là yêu cầu với ngưỡng vật liệu tái chế được đưa vào pin mới cao; điều đó có thể khó đạt được, đặc biệt là trong thời gian tới và có thể làm tăng chi phí pin.

Tại Mỹ, Cơ quan Bảo vệ Môi trường của California đã triệu tập một Ủy ban cố vấn để xem xét các quy định cần thiết đối với hoạt động tái chế pin. Trong các cuộc họp gần đây, các nhà vận động hành lang của ngành công nghiệp ô tô đã lập luận rằng bất cứ ai tháo pin ra khỏi ô tô khi chúng hết tuổi thọ thì phải có trách nhiệm đảm bảo rằng nó đến tay cơ sở tái chế. Các nhà sản xuất ô tô sẽ đóng vai trò như là phương án dự phòng cho những khối pin vô tình bị lãng quên.

Tại thành phố Oklahoma, pin trong kho SNT chủ yếu đến từ những chiếc xe vẫn còn bảo hành, có nghĩa là các nhà sản xuất ô tô phải chịu trách nhiệm với chúng. Tyler Help, người đứng đầu bộ phận phát triển kinh doanh của công ty, cho biết các nhà sản xuất ô tô đang trả tiền cho SNT để giữ lại pin cũ của họ vì họ không biết thị trường pin đã qua sử dụng sẽ như thế nào và liệu vật liệu bên trong pin có thể có giá trị hơn trong tương lai hay không.

Ngồi trong một phòng họp ngay phía dưới hành lang tháp pin, Dirk Spiers tự thể hiện sự lạc quan. Người thuê cuối cùng của nhà kho này là một công ty xây dựng các bộ phận cho đường ống dẫn dầu. Giờ đây, nó thuộc sở hữu của một công ty giúp các nhà sản xuất ô tô đảm bảo ô tô điện của họ luôn “xanh” nhất có thể. Họ vẫn đang tìm ra kế hoạch cho pin trong nhà kho này, nhưng Spiers tin rằng cuối cùng chúng sẽ được xem như một cơ hội chứ không phải là sự lãng phí.