Bài toán phát triển ngành tái chế pin toàn cầu khi xe điện “cất cánh”

Ngành tái chế pin toàn cầu mới đang “khởi động”

Benjamin Reynaga, một công nhân ở Mỹ, đã sử dụng các công cụ điện để “mổ” một chiếc Honda Fit hybrid cũ kỹ tại một nhà máy tháo dỡ ô tô ở rìa sa mạc Mojave cho đến khi anh chạm tới bộ phận quan trọng nhất của chiếc xe: pin lithium-ion.

Bản thân chiếc xe đã được thiết lập để nghiền nát, nhưng pin sẽ được xử lý cẩn thận. Nó sẽ được tháo rời gần đó 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, California, nằm ở tuyến đầu mà các chuyên gia ngành ô tô, các nhà môi trường và chính quyền Biden tin rằng có thể là một phần quan trọng trong quá trình chuyển đổi toàn cầu sang xe điện: tái chế và tái sử dụng các kim loại như coban, lithium và niken. Nếu pin cũ cung cấp nguyên liệu chính cho pin mới, ô tô điện, xe tải sẽ trở nên hợp lý hơn và bền vững với môi trường.

Nick Castillo, người quản lý nhà máy của LKQ Corporation cho biết: “Chúng tôi đang chuẩn bị sẵn sàng. Cơ sở này chủ yếu tháo dỡ các loại xe chạy bằng xăng nhưng mới đang chuẩn bị tháo dỡ thêm các loại xe hybrid và điện. Điều đó sẽ xảy ra vì đó 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 toàn cầu, nhưng pin lại gây ra những vấn đề riêng. Nguyên liệu thô có thể khó khai thác, thường được tìm thấy ở các quốc gia đang phát triển và yêu cầu xử lý để lại chất thải độc hại.

May mắn thay, những thành phần pin đó cũng có khả năng tái sử dụng cao. Và đang có 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 đổ tiền vào hàng chục công ty tái chế mới thành lập ở Bắc Mỹ và Châu Âu.

Gavin Harper, một nhà nghiên cứu tại Đại học Birmingham ở Anh, người nghiên cứu về tái chế pin, cho biết: “Chúng ta đang mong muốn loại bỏ toàn bộ xã hội của mình khỏi nhiên liệu hóa thạch và sử dụng nhiều carbon. Chúng ta không thể đánh giá thấp quy mô của thách thức đó. Nhu cầu sẽ rất lớn”.

Thách thức

Nhưng bất chấp sự lạc quan, ngành kinh doanh mới này phải đối mặt với một thách thức khó khăn đó là sẽ có rất ít pin để tái chế trong một thập kỷ sắp tới. Tesla, công ty thống trị mảng kinh doanh xe điện, bắt đầu bán ô tô từ năm 2008 và cho đến năm 2017 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 hạn chế và việc thu gom có thể gặp nhiều khó khăn.

Điều đó đã khiến các công ty tái chế rơi vào tình thế khó khăn. Họ cần đầu tư vào nhà máy, máy móc và công nhân hoặc có nguy cơ mất thị trường vào tay các đối thủ cạnh tranh. Nhưng nếu họ đầu tư quá nhanh, các công ty tái chế pin có thể hết tiền trước khi rất nhiều bình ắc quy già cỗi cập bến.

Eric Frederickson, giám đốc điều hành hoạt động của Call2Recycle, một chương trình phi lợi nhuận chuyên hỗ trợ các nhà tái chế tìm thấy nguồn, cho biết: “Bạn có thể đốt tiền vì không có nguồn nguyên liệu để có thể tạo ra nguyên liệu để bán là pin cũ”.

Các công ty cũng phải tìm ra cách tìm, thu thập và tháo dỡ pin. Họ phải làm việc với nhiều thợ tháo dỡ, bãi phế liệu và các nhóm phi lợi nhuận. Và vì pin dễ bị cháy và được đóng gói cũng như chế tạo khác nhau giữa các kiểu máy nên việc tháo rời chúng có thể phức tạp và nguy hiểm.

Vật liệu catốt được nén thành một khối lớn được lưu trữ trên pallet tại Li-Cycle ở Rochester và vật liệu được sử dụng để làm cực dương pin.

Trong số các công ty tái chế pin trên thế giới, Redwood nổi bật hơn cả. Công ty được thành lập bởi J.B. 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 Ford Motor, Toyota, Volkswagen và Volvo. Redwood cũng tái chế phế liệu từ một nhà máy pin do Panasonic và Tesla điều hành.

Trên một khu đất bằng phẳng, bụi bặm gần nhà máy đó, Redwood đang xây dựng một khuôn viên rộng 175 mẫu Anh. Ở đó, công ty thu hồi kim loại từ pin cũ và sản xuất vật liệu cho pin mới. Redwood đã công bố mới đây rằng họ sẽ chi ít nhất 3,5 tỷ USD cho một khuôn viên khác ở Nam Carolina, tại một khu vực của đất nước đang nhanh chóng trở thành trung tâm sản xuất pin và xe điện.

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 bị đảo ngược trong khi sạc.

Redwood thường xuyên nhận 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 đó lần đầu tiên 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, 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 nói: “Chúng tôi muốn thu nhận càng nhiều sản phẩm cần tái chế càng tốt vì đó là nguyên liệu sẵn có tại địa phương. Nhưng chúng ta sẽ phải tăng cường điều đó”.

Trong khi đó, các doanh nghiệp khác chỉ tập trung vào tái chế. Li-Cycle, một công ty Canada được thành lập vào năm 2016 bởi Ajay Kochhar và Tim Johnston, cũng 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, một băng chuyền vận chuyển vật liệu lên một tầng trước khi thả chúng vào thùng nơi chúng được cắt nhỏ trong khi ngâm trong dung dịch hóa chất độc quyền để ngăn ngừa hỏa hoạn. Các mảnh kết quả được tách ra và Li-Cycle sau đó thu hoạch một chất dạng hạt, được gọi là khối đen, được xử lý thành các kim loại thành phần của nó 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 chất này thành lithium, coban và niken cấp pin.

Pin bị loại bỏ đang chờ xử lý tại Li-Cycle và một băng chuyền vận chuyển pin để tái chế thành vật liệu có thể tái sử dụng tại Li-Cycle.

Li-Cycle, trở thành công ty giao dịch công khai 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.

Ông Kochhar nói: “Chúng tôi thật may mắn khi đã đi theo con đường mà chúng tôi đã làm. Đây là một ngành đòi hỏi, giống như sản xuất pin, một lượng vốn tốt”.

Vấn đề nguồn cung

Tái chế pin vẫn còn tương đối mới ở Bắc Mỹ, nhưng các công ty trưởng thành hơn ở nước ngoài có thể đưa ra gợi ý về những gì sắp xảy ra. Ví dụ, ở Trung Quốc, có nhiều nhà tái chế nhưng lại thiếu nguyên liệu.

Hans Eric Melin, người thành lập công ty tư vấn Circular Energy Storage, chuyên về thị trường pin lithium-ion cũ, cho biết: “Có quá ít pin để tái chế. Tôi nghĩ đó chính xác là tình huống mà chúng ta sẽ phải đối mặt ở cả Châu Âu và Bắc Mỹ”.

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 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 IRA do Tổng thống Biden ký vào mùa hè 2022, yêu cầu tỷ lệ ngày càng tăng các khoáng chất có giá trị của 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 gần yêu cầu một lượng nội dung tái chế tối thiểu trong tất cả các loại pin xe điện.

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 của họ.

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

Theo một báo cáo gần đây của Colbourn, 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 tiếp quản.

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

Các thiết kế và phương pháp xây dựng được tiêu chuẩn hóa có thể hữu ích, nhưng hầu hết các công ty ô tô và pin đều tỏ ra ít quan tâm đến điều đó. Thay vào đó, họ đang nghiên cứu các phương pháp khác nhau khi họ cạnh tranh 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 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 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 một cơ hội để chúng tôi cách mạng hóa cách nguyên liệu được thu hồi và gửi trở lại chuỗi cung ứng trên”, ông Kassekert, giám đốc điều hành của Redwood, cho biết. “Một nguyên tử kim loại có thể được tái chế vô số lần. Vấn đề chỉ là bạn làm thế nào để thu được nó một cách hiệu quả”.

Sau nhiều năm thất thế trước Trung Quốc, các giám đốc điều hành và nhà lập pháp của Mỹ và Châu Âu lạc quan rằng việc tái chế pin có thể nhanh chóng giúp thiết lập ngành công nghiệp pin trong nước.

Pin xe điện có thể có tuổi thọ từ 15 đến 20 năm. Ngay cả khi đó, nhiều loại pin sẽ có tác dụng mới, chẳng hạn như để lưu trữ năng lượng gió và mặt trời để sử dụng khi trời không có gió hoặc nắng, trước khi chúng được tái chế.