Một công nhân đang làm sạch "khối đen", hỗn hợp kim loại pin, khỏi các tấm tại một cơ sở tái chế ở Kingston, Canada. Các công ty khởi nghiệp đang nghiên cứu loại pin yêu cầu các phương pháp ít tích cực hơn để phục hồi khối lượng đen.
Các công ty khởi nghiệp công nghệ đang chạy đua để tái chế pin xe điện sạch hơn và tiết kiệm hơn, với việc các nhà đầu tư đổ hàng tỷ USD vào các cơ sở tái chế trên toàn cầu để chuẩn bị cho sự gia tăng số lượng gói thải bỏ và các quy định bắt buộc hàm lượng tái chế tối thiểu trong pin EV mới.
Khi lô ô tô điện đầu tiên sắp hết tuổi thọ khoảng 10 năm, các phương pháp tái chế truyền thống đối với pin lithium-ion cung cấp năng lượng cho xe điện rất tiêu tốn nhiều năng lượng và liên quan đến việc đốt pin đã qua sử dụng ở nhiệt độ hơn 1.400 độ C.
Một loạt các công ty khởi nghiệp, bao gồm GRST của Hong Kong và OnTo Technology có trụ sở tại Oregon, cũng như các công ty lớn hơn như gã khổng lồ hóa chất BASF của Đức, đang nghiên cứu công nghệ dựa trên nước được coi là giải pháp thay thế khả thi về mặt thương mại và thân thiện với môi trường.
“Pin lithium-ion không được phát triển để tái chế”. Wojciech Mrozik, chuyên gia về tái chế pin tại Đại học Newcastle, cho biết, các bộ phận trên ô tô điện là một cơn ác mộng. “Chúng không thống nhất và có bọt và keo, đòi hỏi rất nhiều lao động thủ công để tách ra”.
Ông nói, chất kết dính gốc nước là “tương lai”, đồng thời cho biết thêm rằng chúng “ít tác động đến môi trường hơn” so với các chất hóa học tương tự và yêu cầu “các phương pháp ít tác động hơn để thu hồi kim loại”.
Theo dữ liệu của Crunchbase, đầu tư toàn cầu vào các công ty khởi nghiệp liên quan đến pin trong năm nay – đạt 9,2 tỷ USD vào tháng 9 – sẽ vượt quá hai năm trước đó, bất chấp sự suy thoái rộng hơn trong đầu tư công nghệ. Các công ty khởi nghiệp liên quan đến pin đã huy động được tổng cộng 7,8 tỷ USD vào năm 2022, giảm từ mức 12 tỷ USD vào năm 2021.
Hầu hết pin lithium-ion đều sử dụng hóa chất độc hại để liên kết kim loại với điện cực. Phương pháp tái chế điển hình bao gồm nấu chảy pin thải hoặc hòa tan chúng trong các hóa chất khắc nghiệt để loại bỏ chất kết dính và thu hồi các kim loại như coban, niken và đồng dưới dạng hợp kim kim loại.
Theo quy trình do GRST của Hong Kong phát triển, được hỗ trợ bởi người sáng lập nhà sản xuất chip Đài Loan Realtek Semiconductor và tập đoàn may mặc khổng lồ TAL Apparel, pin đã qua sử dụng có thể được hòa tan trong nước để thu được cái gọi là khối đen của kim loại quý tạo nên các cực âm và cực dương.
GRST, công ty đoạt giải Earthshot năm 2023 về những đổi mới nhằm giải quyết các thách thức về khí hậu, hy vọng sẽ huy động được 50 triệu USD trong hai năm tới để tăng sản lượng tại nhà máy pin mà công ty này đồng sở hữu ở tỉnh Chiết Giang, Trung Quốc. Về lâu dài, GRST hy vọng sẽ cho các nhà sản xuất pin khác thuê công nghệ tái chế và chất kết dính gốc nước của mình.
Những nỗ lực thương mại hóa chất kết dính gốc nước trước đây đã thất bại do hiệu suất pin kém. Justin Hung, người đồng sáng lập GRST cho biết: “Trước đây, dung môi gốc nước không ổn định bằng dung môi hóa học”.
Các nghiên cứu cho thấy chất kết dính gốc nước có thể gây ăn mòn nhưng ông Justin Hung cho biết GRST đã khắc phục được vấn đề này. Theo các thử nghiệm của chính khách hàng, pin của hãng hoạt động tốt về mật độ năng lượng, độ an toàn và độ bền so với các loại pin dựa trên hóa chất.
OnTo Technology, một công ty khởi nghiệp về tái chế ở Oregon, Mỹ, hiện đã bắt đầu thử nghiệm thương mại chất kết dính gốc nước do các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley phát triển. BASF đã đầu tư vào sản xuất chất kết dính gốc nước tại hai nhà máy ở Trung Quốc trong năm nay.
Các chuyên gia cho biết tỷ lệ tái chế thấp - chưa đến 5% pin lithium-ion đã qua sử dụng được tái chế ở Mỹ - là kết quả của việc thiếu đầu tư và quy định. Hầu hết pin lithium-ion được gửi đến các cơ sở quản lý chất thải hoặc bãi chôn lấp, nơi các hóa chất độc hại trong chất kết dính có thể gây cháy hoặc rò rỉ vào hệ thống nước.
“Cho đến nay, tái chế không phải là ưu tiên hàng đầu của ngành. Công nghệ hiện có để tái chế pin lithium-ion không hoạt động ở quy mô lớn”, Sarah Montgomery, đồng sáng lập và giám đốc điều hành của Infyos, một công ty công nghệ chuỗi cung ứng pin, cho biết.
Tuy nhiên, bà nói, làn sóng đang bắt đầu thay đổi và chỉ ra những thay đổi về quy định do Liên minh Châu Âu khởi xướng nhằm tăng tỷ lệ tái chế pin và làm cho quá trình này bền vững hơn.
Vào tháng 7, Hội đồng Châu Âu đã thông qua “hộ chiếu pin”, sẽ đưa ra mức vật liệu tái chế tối thiểu bắt buộc cho xe điện và pin công nghiệp vào năm 2031.
Những thay đổi này diễn ra khi nhu cầu về pin ngày càng tăng cùng với việc sử dụng xe điện ngày càng tăng. Các nhà phân tích của McKinsey dự báo giá trị của toàn bộ chuỗi cung ứng pin lithium-ion sẽ tăng 30% hàng năm kể từ năm 2022 để đạt hơn 400 tỷ USD vào cuối thập kỷ này.
Các nhà phân tích cho biết các công ty như GRST có thể được hưởng lợi từ cảnh báo ở các thủ đô phương Tây về sự thống trị của Trung Quốc trong chuỗi cung ứng xe điện. Hơn 3/4 pin lithium-ion trên thế giới đến từ Trung Quốc, chủ yếu do CATL và BYD sản xuất.
“Châu Âu nói riêng phụ thuộc rất nhiều vào Trung Quốc. Có sự thúc đẩy mạnh mẽ để trở nên tự cung tự cấp hơn bằng cách xây dựng chuỗi cung ứng tuần hoàn, từ việc dựa vào nguyên liệu thô được đào lên từ lòng đất đến tái sử dụng pin đã qua sử dụng”, Montgomery nhấn mạnh. “Có một làn sóng quy định sắp ra mắt sẽ khuyến khích ngành tái chế pin phát triển”.