Xe điện đang được xem như một trong những công nghệ trọng tâm cho tương lai nhờ khả năng vận hành không phát thải khí nhà kính trong quá trình sử dụng. Tuy nhiên, phía sau những chiếc xe điện đã cũ lại tồn tại một thách thức lớn hơn: xử lý pin đã qua vòng đời. Pin xe điện suy giảm dung lượng theo thời gian và cuối cùng không còn đáp ứng được yêu cầu vận hành của phương tiện. Nếu không được thu gom và xử lý đúng quy trình, những bộ pin này có thể gây ra các tác động môi trường nghiêm trọng – thậm chí lớn hơn so với mức giảm phát thải mà xe điện mang lại trong suốt vòng đời sử dụng.

Trong bài viết lần này, ban biên tập technologyMAG chia sẻ video của kênh CNBC, nói về cách Spiers New Technologies đang giúp những bộ pin xe điện kết thúc vòng đời một cách “xanh” hơn. 

Spiers New Technologies (SNT) là một công ty hoạt động trong lĩnh vực quản lý vòng đời pin cho xe điện (EV battery lifecycle management), có trụ sở chính tại thành phố Oklahoma, bang Oklahoma, Hoa Kỳ. Công ty chuyên xử lý, sửa chữa và tái sử dụng các bộ pin lithium-ion lớn dùng trong xe điện và xe hybrid.

Một cơ sở xử lý pin EV không giống bất kỳ nơi nào khác
Spiers New Technologies cho biết, trong số những chồng pin xe điện (EV) đã qua sử dụng và bị lỗi, nhiều trong số đó vẫn có thể hoạt động trở lại trên xe điện bằng sau khi được sửa chữa (đối với những bộ pin còn khả năng sử dụng) và thu hồi các khoáng sản quan trọng từ phần còn lại. Theo công ty, thật đáng khích lệ khi biết rằng khi một bộ pin xe điện kết thúc vòng đời của nó, các thành phần bên trong có thể được tái sử dụng để tạo ra một bộ pin mới cho một chiếc xe điện mới, và SNT mong muốn đóng vai trò trong quá trình đó.

Đã có rất nhiều mẫu xe điện được ra mắt trong những năm gần đây, và hơn 300 triệu xe điện được dự báo sẽ lưu thông trên toàn cầu vào năm 2030. Tesla, Volvo và GM chỉ là một vài trong số các công ty đang dẫn đầu quá trình điện hóa này. Tuy nhiên, giống như bất kỳ công nghệ mới nào, xe điện cũng mang theo những vấn đề mới cần giải quyết. Một công ty tự gọi mình là doanh nghiệp xanh chắc chắn không muốn các bộ pin của bị chất đống trong các bãi rác. Quy mô và thời điểm của hoạt động tái chế pin hiện vẫn đang là chủ đề tranh luận sôi nổi, và hàng tỷ USD vốn đầu tư mạo hiểm đã được rót vào lĩnh vực này. Một trong những câu hỏi lớn nhất của ngành là quá trình suy giảm hiệu suất của các bộ pin EV. Mỗi bộ pin cuối cùng đều sẽ đến thời điểm kết thúc vòng đời, và điều quan trọng là những bộ pin này phải được tái chế để tránh việc chúng bị thải bỏ ở những nơi không phù hợp.

Thị trường EV toàn cầu và sự phụ thuộc vào khoáng sản pin
Trong lĩnh vực sản xuất pin EV, Trung Quốc chiếm hơn 70% công suất sản xuất toàn cầu, điều này khiến Mỹ và các quốc gia sản xuất xe điện khác phụ thuộc đáng kể vào nguồn nhập khẩu khoáng sản pin. 

Vòng đời của một bộ pin EV bắt đầu khi các khoáng sản được khai thác từ lòng đất và sau đó được sử dụng để sản xuất các cell pin. Các khoáng sản quan trọng trong pin EV bao gồm lithium, coban, mangan, niken và graphite. Theo các chuyên gia trong ngành, Trung Quốc đang là quốc gia kiểm soát phần lớn nguồn cung khoáng sản pin của thế giới, và hiện nay công ty sản xuất pin lớn nhất thế giới cũng đang đặt tại Trung Quốc.

Theo Đạo luật Giảm Lạm phát (Inflation Reduction Act) tại Mỹ, các nhà sản xuất xe điện có thể đủ điều kiện nhận ưu đãi thuế nếu một tỷ lệ nhất định khoáng sản quan trọng trong pin (thay đổi theo từng năm) được cung cấp từ nguồn trong nước hoặc từ các đối tác thương mại tự do như Canada. Đây là một dạng chính sách công nghiệp mà Mỹ đã không triển khai trong thời gian rất dài. Về lý thuyết, một tỷ lệ nhất định khoáng sản pin phải đến từ một danh sách nhỏ các quốc gia, trong khi việc sản xuất pin, cell pin và quá trình xử lý phải được thực hiện trong nước, và chiếc xe cũng phải được lắp ráp tại Mỹ. Tuy nhiên, việc khai thác khoáng sản trong nước để đáp ứng các quy định mới cũng gặp phải sự phản đối từ cộng đồng địa phương do lo ngại về các rủi ro môi trường và sức khỏe.

Tái chế pin EV – một giải pháp dài hạn
Một giải pháp dài hạn tiềm năng là tái chế và tái sử dụng các bộ pin đã qua sử dụng. Tuy nhiên, lĩnh vực này vẫn đang ở giai đoạn rất sớm. Đây là một ngành kinh doanh mới chỉ đang hình thành và được dự báo sẽ chưa thực sự phát triển mạnh tại Mỹ hoặc Bắc Mỹ cho đến khoảng năm 2030, khi ngày càng nhiều xe điện đạt đến cuối vòng đời và nhiều bộ pin cần được xử lý hơn.

Các cam kết từ khu vực công và tư đều cho thấy sản lượng xe điện tại Mỹ sẽ tiếp tục tăng, đồng nghĩa với việc nhiều công ty Mỹ sẽ tham gia vào lĩnh vực sản xuất và tái chế pin EV. Các công ty như Redwood Materials, Li-Cycle và American Battery Technology đã phát triển các quy trình tái chế pin lithium-ion. Theo một số nhà điều hành trong ngành, cơ sở hạ tầng cho ngành này đang được xây dựng ngay từ bây giờ cho một thị trường được dự đoán sẽ phát triển quy mô lớn trong vài năm tới.

Nếu có thể giảm chi phí tái chế xuống mức tương đương với việc khai thác mới (bao gồm cả chi phí và sự phức tạp trong quy trình xử lý), nhu cầu đối với vật liệu tái chế sẽ rất lớn, bởi không ai muốn khai thác coban và niken nhiều hơn mức cần thiết. Hiện nay đã có nhiều doanh nghiệp nhỏ đang thực hiện các dịch vụ tương tự đối với pin hybrid, và nhiều người kỳ vọng họ sẽ mở rộng sang pin của xe điện chạy hoàn toàn bằng pin. Những bộ pin này có giá trị cao hơn và có thể mang lại lợi nhuận lớn hơn khi xử lý các bộ pin đã hỏng.

Spiers New Technologies và mô hình quản lý vòng đời pin
Đó chính là hoạt động đang diễn ra tại thành phố Oklahoma của công ty Spiers New Technologies, nơi các bộ pin EV được sửa chữa, tái sản xuất, tái sử dụng và tái chế. Công ty cho biết họ đang lưu trữ hàng trăm bộ pin tại cơ sở của mình. Các bộ pin trước tiên được làm sạch, sau đó được đặt lên các giá đỡ để tiến hành tháo rời, kiểm tra, lắp ráp lại và đảm bảo rằng chúng hoạt động tốt tương đương hoặc tốt hơn so với bộ pin mà chúng sẽ thay thế. Sau đó chúng lại được đưa lên giá lưu trữ và chờ cho đến khi một đại lý cần đến, khi đó SNT sẽ gửi bộ pin đi.

Dirk Spiers, nhà sáng lập và CEO của Spiers New Technologies, cho biết ông đã làm việc trong lĩnh vực pin gần 15 năm. Công ty của ông chuyên về quản lý vòng đời của các bộ pin EV bằng cách kéo dài vòng đời đầu tiên của chúng và giảm nhu cầu khai thác các khoáng sản quan trọng. SNT được thành lập năm 2014 chỉ với hai nhân viên. Năm 2021, công ty được Cox Automotive mua lại, một công ty con của tập đoàn truyền thông Cox Enterprises có trụ sở tại Atlanta, đơn vị sở hữu các thương hiệu ô tô như AutoTrader và Kelley Blue Book. Hiện nay công ty có hơn 400 nhân viên và cung cấp giải pháp mà họ gọi là “toàn diện” liên quan đến pin EV đã qua sử dụng và bị lỗi.

Quy trình kiểm tra, sửa chữa và tái sử dụng pin
SNT tiếp nhận pin trực tiếp từ các đại lý hoặc từ nhà sản xuất thiết bị gốc như Toyota hoặc Porsche. Sau đó các bộ pin được đánh giá thông qua hệ thống chẩn đoán của công ty có tên Alfred. Hệ thống này đánh giá tình trạng của bộ pin để xác định liệu nó có thể được đưa trở lại xe hay không.

Để đạt được điều đó, pin có thể được sửa chữa để khôi phục khả năng vận hành, được tái sản xuất theo tiêu chuẩn nhà máy ban đầu, hoặc được tân trang và nâng cấp theo tiêu chuẩn nhà máy hiện tại. Nếu không thể quay trở lại sử dụng trong xe, SNT có thể tái sử dụng chúng cho các ứng dụng vòng đời thứ hai (second-life battery), thường là trong các hệ thống lưu trữ năng lượng. Nếu bộ pin thực sự đã kết thúc vòng đời (không thể sử dụng lại cho xe điện hoặc vòng đời thứ hai), SNT sẽ thực hiện biện pháp cuối cùng là tái chế.

Quá trình nghiền cơ học của công ty tạo ra các sản phẩm phụ được thu gom trong các bao chứa lớn. Các bao này chứa nhựa, lá nhôm và đồng, cũng như black mass. Black mass là một thuật ngữ đặc biệt trong lĩnh vực tái chế pin, dùng để chỉ hỗn hợp bột vật liệu cathode (cực dương) và anode (cực âm) sau khi nghiền pin, bao gồm các khoáng sản quan trọng như coban, magie, nhôm, đồng, graphite và lithium.

Mạng lưới hoạt động và quy mô xử lý
Ngoài trụ sở tại thành phố Oklahoma, SNT còn có các cơ sở tại Las Vegas và Detroit, đồng thời có kế hoạch mở rộng sang bờ Đông của Mỹ. Công ty cũng có hoạt động tại Hà Lan và dự kiến sẽ mở cơ sở tại Vương quốc Anh. Việc đặt trụ sở tại vị trí trung tâm nước Mỹ đóng vai trò quan trọng trong mô hình kinh doanh của công ty. Theo Spiers, vị trí này giúp công ty tiếp cận khách hàng ở cả hai bờ biển trong vòng hai đến ba ngày. Trong trường hợp khẩn cấp, pin thậm chí có thể được vận chuyển bằng đường hàng không và đến nơi vào sáng hôm sau.

SNT không làm việc trực tiếp với người tiêu dùng. Chủ sở hữu xe điện mang pin đến đại lý, sau đó đại lý gửi pin đến SNT để xử lý. Đại lý sẽ thay thế pin của khách hàng bằng một bộ pin đang hoạt động có sẵn trong kho. Nếu không có sẵn, SNT sẽ gửi một bộ pin từ kho lưu trữ. Trong khi đó, công ty tiến hành sửa chữa bộ pin của khách hàng và lưu trữ nó để sử dụng sau này.

Công ty cho biết tổng diện tích các cơ sở của họ vượt quá 800.000 foot vuông (khoảng 74.322 m²), trong đó khoảng 500.000 foot vuông (khoảng 46.452 m²) dành cho lưu trữ pin. Mặc dù không tiết lộ số lượng pin có thể lưu trữ tối đa, SNT cho biết họ xử lý trung bình 15.000 bộ pin và module mỗi tháng. Công ty nhận khoảng 50 đến 100 bộ pin mỗi ngày, trong đó 80 đến 90% có thể được tân trang để đưa trở lại xe. Tái chế chiếm khoảng 5 đến 10%, phần còn lại được tái sử dụng cho các ứng dụng vòng đời thứ hai.

Tương lai của tái chế pin EV và nền kinh tế tuần hoàn
Các bộ pin được tái sử dụng có thể được dùng trong các ứng dụng ngoài phương tiện giao thông, chẳng hạn như hệ thống lưu trữ năng lượng cho điện mặt trời hoặc lưới điện. Do ngành công nghiệp này vẫn còn rất mới, SNT cho biết họ tập trung vào việc cung cấp dịch vụ quản lý vòng đời toàn diện cho mọi bộ pin đi qua cơ sở của mình.

Kể từ khi thành lập, công ty cho biết đã xử lý hơn 240.000 bộ pin, trong đó hơn 50.000 bộ đã được sửa chữa, tân trang hoặc tái sản xuất, và 3.000 bộ đã được tái chế. Nếu không kể đến Tesla, SNT cho biết họ phục vụ khoảng 60 đến 70% thị trường xe điện của các nhà sản xuất khác, bao gồm GM, Ford, Stellantis, Porsche, Volkswagen, Nissan, Toyota và Volvo.

Trong tương lai, lĩnh vực tái chế pin EV được dự báo sẽ ngày càng cạnh tranh. Tuy nhiên, hiện tại có thể tồn tại sự mất cân đối giữa năng lực tái chế và nhu cầu thực tế, bởi nhiều xe điện trong làn sóng xe đầu tiên vẫn có thể hoạt động hơn mười năm trước khi pin của chúng kết thúc vòng đời.

Tuổi thọ của pin EV được ước tính khoảng 12 đến 15 năm trong điều kiện khí hậu ôn hòa, trong khi vòng đời tái sử dụng có thể kéo dài từ 5 đến 30 năm. Đến năm 2050, nhu cầu đối với graphite, lithium và cobalt được dự báo sẽ tăng 500%. Việc kéo dài vòng đời của pin EV có thể giúp giảm nhu cầu khai thác khoáng sản mới.

Một vài năm trước, vấn đề với việc tái chế một bộ pin lithium-ion vẫn còn là chi phí. Nhưng hiện nay nó đã mang lại giá trị kinh tế. Theo Spiers, nếu ai đó mang đến một bộ pin lithium-ion, công ty thậm chí có thể trả tiền cho họ, bởi giá trị nội tại của bộ pin hiện nay cao hơn chi phí tái chế.

Khi nguồn khoáng sản cần thiết cho pin EV là hữu hạn, nhiều người đặt câu hỏi liệu việc tái sử dụng và tái chế liên tục có thể trở thành tương lai hay không. Spiers cho rằng nền kinh tế tuần hoàn đã bắt đầu hình thành. Tuy nhiên, một số chuyên gia cho rằng hoạt động khai thác khoáng sản vẫn sẽ tiếp tục trong nhiều thập kỷ tới. Khi pin ngày càng nhỏ hơn, nhẹ hơn, rẻ hơn và hiệu suất cao hơn, nhu cầu kim loại có thể giảm dần.

Trong tương lai, có thể phần lớn vật liệu pin sẽ được thu hồi từ các bộ pin cũ, nhưng điều này chỉ xảy ra khi số lượng xe điện trên đường đạt đến quy mô đủ lớn. Hiện tại vẫn chưa có đủ xe điện để tạo ra nguồn pin thải đủ lớn, nhưng điều đó có thể thay đổi trong vòng 10 đến 20 năm tới.

Một số nhà phê bình cho rằng ngành tái chế pin EV đang phát triển quá nhanh và năng lực hiện tại vượt quá nhu cầu thực tế. Tuy nhiên, những người khác cho rằng nhận định này là quá ngắn hạn. Ngành công nghiệp ô tô hoạt động theo chu kỳ sản phẩm 5 đến 7 năm, và các mẫu xe đến năm 2025 đã được lên kế hoạch từ trước. Khi SNT bắt đầu, nhiều người cho rằng công ty đã quá liều lĩnh, nhưng họ tin rằng mình đã đưa ra quyết định đúng.

Để xem các tin bài khác về “Tái chế pin xe điện”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: CNBC