Phát triển nguyên liệu mới
Cơ sở sản xuất CATL gần hoàn thành ở Ninh Đức, Trung Quốc.
Ở Trường Sa, sâu trong nội địa Trung Quốc, hàng nghìn nhà hóa học, kỹ sư và công nhân sản xuất đang định hình tương lai của pin.
Đại học Trung Nam của thành phố đào tạo ra những sinh viên đang thúc đẩy công nghệ, giống như Đại học Stanford đã tạo nên sự nghiệp cho các doanh nhân ở Thung lũng Silicon, những người đi tiên phong trong lĩnh vực vi mạch. Bên kia sông Tương Giang, các nhà máy rộng lớn trộn khoáng chất vào các hợp chất được xử lý kỹ lưỡng để tạo ra pin sạc.
Những loại pin này, hầu hết được làm bằng lithium, đã cung cấp năng lượng cho sự phát triển của điện thoại di động và các thiết bị điện tử tiêu dùng khác. Họ đang chuyển đổi ngành công nghiệp ô tô và có thể sớm bắt đầu làm điều tương tự đối với các tấm pin mặt trời và tua-bin gió rất quan trọng trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu. Trung Quốc thống trị sản xuất và tinh chế hóa chất của họ.
Hiện Trung Quốc đang định vị vai trò của mình để chỉ huy cuộc cải tiến lớn tiếp theo về pin sạc: thay thế lithium bằng natri, một nguyên liệu rẻ hơn và dồi dào hơn nhiều.
Natri, được tìm thấy khắp nơi trên thế giới như một phần của muối, được bán với giá bằng 1 đến 3% giá của lithium và rất giống nhau về mặt hóa học. Những đột phá gần đây có nghĩa là pin natri giờ đây có thể được sạc lại hàng ngày trong nhiều năm, làm mất đi lợi thế chính của pin lithium. Đặc biệt, dung lượng năng lượng của pin natri cũng tăng lên. Và pin natri có một lợi thế lớn hơn đó là chúng giữ gần như toàn bộ điện tích khi nhiệt độ xuống dưới mức đóng băng, điều mà pin lithium thường không làm được.
Tại Trường Sa, các sinh viên tốt nghiệp từ khuôn viên rợp bóng cây của Đại học Trung Nam đang làm việc về công nghệ pin natri tại các phòng thí nghiệm nghiên cứu gần đó do các công ty điều hành bao gồm BASF của Đức, nhà sản xuất hóa chất lớn nhất thế giới. Một trong những nhà máy lớn đầu tiên sản xuất hóa chất pin natri đã được xây dựng cách phòng thí nghiệm vài dãy nhà.
Các giám đốc điều hành trong ngành pin Trung Quốc cho biết trong các cuộc phỏng vấn rằng họ đã tìm ra cách tạo ra các tế bào pin natri trong năm ngoái giống với pin lithium đến mức chúng có thể được sản xuất bằng cùng một thiết bị.
CATL, nhà sản xuất pin ô tô điện lớn nhất thế giới, cho biết họ đã phát hiện ra cách sử dụng pin natri và pin lithium trong một bộ pin ô tô điện duy nhất, kết hợp chi phí thấp và khả năng chống chịu thời tiết của pin natri với phạm vi mở rộng của tế bào lithium. Công ty này cho biết họ hiện đang chuẩn bị sản xuất hàng loạt các gói pin hỗn hợp này.
“Chúng tôi đã sẵn sàng công nghiệp hóa nó”, Huang Qisen, phó viện trưởng viện nghiên cứu của CATL, cho biết trong một cuộc phỏng vấn tại trụ sở công ty ở Ninh Đức, Trung Quốc. CATL phụ thuộc một phần vào hóa chất từ Trường Sa và gần đây đã xây dựng dây chuyền lắp ráp pin natri quy mô lớn đầu tiên ở Ninh Đức.
Các tập đoàn đa quốc gia đang chú ý đến natri
Một trạm sạc xe điện với những cục pin lớn do CATL cung cấp, ở Phúc Châu, Trung Quốc. CATL là nhà sản xuất pin xe điện lớn nhất thế giới.
Mike Henry, giám đốc điều hành của BHP, công ty khai thác lớn nhất thế giới, cho biết: “Nó sẽ loại bỏ đỉnh điểm của nhu cầu đối với lithium. Tôi tin rằng chúng ta sẽ bắt đầu thấy natri thay thế lithium cho một số ứng dụng nhất định”.
Nghiên cứu sử dụng natri cho pin bắt đầu một cách nghiêm túc vào những năm 1970, dẫn đầu là Mỹ. Các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã đạt được những tiến bộ quan trọng cách đây hàng chục năm. Kể từ đó, các công ty Trung Quốc đã vươn lên đi đầu trong việc thương mại hóa công nghệ.
Theo Benchmark Minerals, một công ty tư vấn, trong số 20 nhà máy sản xuất pin natri hiện đã được lên kế hoạch hoặc đang được xây dựng trên khắp thế giới, 16 nhà máy ở Trung Quốc. Trong hai năm nữa, Trung Quốc sẽ có gần 95% công suất sản xuất pin natri của thế giới. Benchmark dự đoán rằng việc sản xuất pin lithium vẫn sẽ làm giảm sản lượng pin natri vào thời điểm đó, nhưng những tiến bộ về natri đang tăng tốc.
Tại triển lãm ô tô Thượng Hải sắp tới, các nhà sản xuất ô tô và sản xuất pin dự kiến sẽ công bố kế hoạch sử dụng pin natri trong ít nhất một số xe cỡ nhỏ cỡ nhỏ dành cho thị trường Trung Quốc.
Việc sử dụng hứa hẹn nhất đối với pin natri là cho lưới điện, mạng lưới dây điện và tháp truyền điện. Pin cho lưới điện là một thị trường đang phát triển nhanh chóng, đặc biệt là ở Trung Quốc. Tesla cho biết trong tuần này rằng họ sẽ xây dựng một nhà máy ở Thượng Hải để sản xuất pin lithium cho các nhà cung cấp năng lượng.
Pin natri cần phải lớn hơn pin lithium để giữ cùng một điện tích. Đó là một vấn đề đối với ô tô, vốn có không gian hạn chế, nhưng không phải để lưu trữ lưới điện. Các tiện ích chuyển từ lithium sang natri có thể chỉ cần đặt gấp đôi số pin lớn vào một bãi đất trống gần các tấm pin mặt trời hoặc tua-bin gió.
Trong khi đó, các tiện ích trên khắp thế giới ngày càng có nhu cầu sử dụng lượng pin lưu trữ khổng lồ khi họ chuyển sang các nguồn thân thiện với khí hậu như năng lượng mặt trời và gió. Chúng cần có khả năng lưu trữ năng lượng khi mặt trời chiếu sáng và gió thổi, sau đó sử dụng nó để thay thế cho điện chạy bằng than hoặc khí đốt.
Tập đoàn Tam Hiệp ở miền trung tây Trung Quốc hiện đang bắt đầu thử nghiệm với pin natri. Frank Haugwitz, một nhà tư vấn chuyên về ngành năng lượng mặt trời của Trung Quốc, cho biết nhiều tỉnh đã bắt đầu yêu cầu các trang trại năng lượng mặt trời hoặc năng lượng gió mới được xây dựng phải lắp đặt đủ pin để lưu trữ 10 đến 20% lượng điện mà họ tạo ra.
CATL đã lắp đặt pin lithium có kích thước bằng xe tải nhỏ tại các trạm sạc xe điện ở các thành phố như Phúc Châu. Pin tự động sạc bất cứ khi nào chẳng hạn như qua đêm hoặc khi mặt trời chiếu sáng trên các tấm pin mặt trời trên mái nhà của trạm sạc và sẵn sàng bất cứ khi nào người lái xe lái xe đến để sạc lại. CATL đang nghiên cứu xem có thể sử dụng natri ở những địa điểm như vậy hay không.
Không giống như pin lithium, pin natri mới nhất không yêu cầu các nguyên liệu khan hiếm như coban, một loại khoáng chất được khai thác chủ yếu ở châu Phi trong điều kiện khiến các nhóm nhân quyền phải báo động. Pin natri mới nhất cũng không yêu cầu niken, chủ yếu đến từ các mỏ ở Indonesia, Nga và Philippines.
Thách thức của Trung Quốc
Dây chuyền sản xuất pin natri tại nhà máy Trung Quốc tham gia nghiên cứu, phát triển và sản xuất pin năm 2020.
khi Trung Quốc chạy đua để dẫn đầu về natri, nước này vẫn phải đối mặt với những thách thức. Để bắt đầu thì cần có một nơi để lấy natri.
Mặc dù có nhiều muối nhưng Mỹ chiếm hơn 90% trữ lượng Na2CO3 sẵn sàng khai thác trên thế giới, nguồn công nghiệp chính của natri. Sâu bên dưới sa mạc phía tây nam Wyoming là một mỏ Na2CO3 khổng lồ, được hình thành cách đây 50 triệu năm. Na2CO3 ở đó từ lâu đã được chiết xuất cho ngành công nghiệp sản xuất thủy tinh của Mỹ.
Với trữ lượng Na2CO3 tự nhiên tối thiểu và không muốn phụ thuộc vào hàng nhập khẩu từ Mỹ, thay vào đó, Trung Quốc sản xuất Na2CO3 tổng hợp tại các nhà máy hóa chất chạy bằng than.
Ngành công nghiệp Na2CO3 tổng hợp của Trung Quốc có một hồ sơ về ô nhiễm nước nguy hiểm. Điều đó bao gồm sự sụp đổ của một đống xỉ kiềm ở phía đông miền trung Trung Quốc vào năm 2016 đã cuốn trôi ô tô và làm tắc nghẽn một con sông lớn. Cơ quan môi trường của đất nước này vẫn đang làm việc để làm trong sạch ngành công nghiệp.
Một câu hỏi khác đặt ra cho natri là liệu lithium có còn đắt đỏ hay không. Giá lithium tăng gấp bốn lần từ năm 2017 đến tháng 11 năm ngoái, nhưng kể từ đó đã giảm hai phần ba.
Cũng có những nghi ngờ về độ bền của pin natri. David Fishman, chuyên gia tư vấn ngành điện tại công ty tư vấn Lantau Group, cho biết các công ty điện lực muốn xem pin natri hoạt động như thế nào trong nhiều năm ngoài trời, không chỉ trong phòng thí nghiệm.
Nhưng ông Fishman và những người khác hiện đang theo dõi chặt chẽ sự phát triển của pin natri. Nhu cầu về pin đang tăng nhanh và lithium khó có thể tiếp tục là vật liệu thống trị mãi mãi.
Henry của BHP cho biết: “Đúng là natri có một vai trò nào đó. Trung Quốc đang đi đầu trong việc thúc đẩy nghiên cứu trong lĩnh vực này”.