Trong 10-20 năm tới, hàng triệu pin xe điện sẽ cũ hỏng, hết hạn sử dụng. Mỗi bộ pin nặng khoảng 450kg (tuỳ xe) và chứa nhiều chất gây hại cho môi trường nếu không được thu gom và xử lý đúng cách.

Sau khi doanh số đạt mức cao kỷ lục vào năm 2021, giới chuyên gia trong ngành dự đoán sẽ có ít nhất 145 triệu xe điện lưu hành trên toàn cầu vào năm 2030.

Pin xe điện có thể dùng được trong bao lâu tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố. Tesla bảo hành pin 8 năm hoặc 100.000-150.000 dặm (160.000-240.000km). BYD cũng áp dụng chính sách tương tự. Thương hiệu xe điện VinFast của Việt Nam bảo hành pin xe điện 7-10 năm hoặc 140.000-200.000km (tuỳ mẫu).

Trong khi đó, trang thông tin chuyên biệt về xe điện EV Connect cũng ước tính tuổi thọ của pin xe điện là 200.000 dặm (320.000km).

Xe điện hoạt động trong điều kiện thời tiết nắng nóng hoặc thường xuyên bị sử dụng đến cạn pin sẽ nhanh hỏng pin hơn. Pin không chỉ có hạn sử dụng, mà còn giảm dung lượng theo thời gian. Trung bình pin sẽ giảm 2,3% dung lượng sau mỗi năm sử dụng, nên sẽ không còn phù hợp để dùng cho xe điện sau 10-12 năm.

Vấn đề với pin lithium-ion (loại được dùng phổ biến trong xe điện) là bạn không thể đơn giản vứt bỏ chúng. Chúng có thể bốc cháy và được phân loại là chất thải nguy hại. Vì vậy, chúng bắt buộc phải được xử lý.

Lĩnh vực chất thải từ năng lượng mới có tiềm năng rất lớn, vì đây là xu hướng mà cả thế giới đang hướng đến. Các phương pháp tái sử dụng và tái chế pin lithium-ion hiện nay cho thấy triển vọng lớn và đang tiếp tục được cải tiến, mở rộng theo nhu cầu sử dụng xe điện.

Tái sử dụng

Trước khi bị thải loại, pin xe điện đã qua sử dụng vẫn có thể có một “cuộc đời thứ hai”. Như đã đề cập ở trên, sau 10-12 năm, một bộ pin không còn phù hợp để dùng cho xe điện, nhưng chúng vẫn còn khoảng 75% dung lượng, có thể tận dụng làm nguồn cung cấp năng lượng giá trị cho các hoạt động tiêu thụ ít hơn.

Nhiều pin xe điện được tái sử dụng làm pin lưu trữ năng lượng mặt trời.
Một hệ thống lưu trữ năng lượng của công ty Connected Energy ở Anh, tái sử dụng pin xe điện Renault cũ (Ảnh: Connected Energy).

Công ty Repurpose Energy ở Mỹ đang tận dụng các pin xe điện cũ để lắp vào các mô-đun lưu trữ năng lượng. Mô-đun này là các container dài 20 feet (khoảng 6m), có thể chứa tối đa 1,2mWh điện, đủ để cung cấp cho hơn 100 ngôi nhà trong một năm.

Tuy nhiên, Giám đốc công nghệ của Repurpose Energy, ông Joe Lacap, cho biết công suất sử dụng thực tế sẽ bị giới hạn nhằm kéo dài tuổi thọ hệ thống và đảm bảo an toàn. Lượng điện tích trữ trong mô-đun cũng phụ thuộc vào tình trạng của pin trong container và loại xe điện mà chúng được lấy ra, theo trang Cowboy State Daily.

Số lượng pin trong mỗi container cũng tuỳ thuộc vào mẫu xe mà chúng được tháo ra. Một container, theo ông Lacap, chứa 72 bộ pin lấy từ xe Nissan Leaf.

Ông Lacap nói rằng việc tái sử dụng giúp trì hoãn một phần chi phí tái chế.

Việc tái sử dụng cũng giúp giảm nhu cầu sản xuất pin mới và hạ chi phí tính trên mỗi kWh dung lượng pin. Đây cũng là phương án thân thiện với môi trường hơn so với sản xuất pin mới.

Tái chế

Khác với nhiên liệu hóa thạch – bị tiêu hao hoàn toàn khi đốt cháy, kim loại trong các sản phẩm năng lượng mới có thể tái chế.

Các thành phần đắt đỏ như lithium, một kim loại kiềm có màu trắng bạc được mệnh danh là “vàng trắng”, cùng với những nguyên tố như cobalt và nickel, vẫn giữ được giá trị ngay cả sau khi viên pin không còn khả năng hoạt động.

Ascend Elements, một công ty có trụ sở tại bang Massachusetts (Mỹ) chuyên tái chế pin lithium-ion, bao gồm cả pin trong xe điện, sử dụng một quy trình độc quyền có tên là Hydro-to-Cathode – tổng hợp tiền chất cực âm. Công ty cho biết, quy trình này giúp đơn giản hóa việc tái chế bằng cách loại bỏ một số bước trong quá trình tách chiết vật liệu để sử dụng trong các sản phẩm mới.

“Chúng tôi có thể thu hồi khoảng 98% các vật liệu quan trọng”, ông Thomas Frey, giám đốc truyền thông của Ascend Elements, cho biết. Công ty đã sản xuất các vật liệu thiết yếu phục vụ cho pin mới ở quy mô thương mại.

Trong khi đó, từ năm 2017, công ty tái chế Duesenfeld của Đức đã chứng minh khả năng tái chế hơn 90% vật liệu pin lithium-ion cũ. Phương pháp mà công ty này sử dụng bỏ qua việc xử lý nhiệt độ cao, giảm tổng lượng khí thải CO2 trong quá trình tái chế pin.
Việc tái chế pin vừa có ý nghĩa về mặt chi phí khi sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên, vừa bảo vệ môi trường (Ảnh: Veolia).

Quy trình tái chế pin lithium-ion không phải là một bí mật, nhiều nơi trên thế giới đã áp dụng. Công ty tái chế Li-Cycle của Canada hiện xử lý hơn 5.000 tấn pin lithium-ion mỗi năm, với khả năng tách hơn 95% vật liệu có thể sử dụng của pin.

Do nhu cầu cao về lithium, nickel và cobalt, giá các khoáng sản dùng trong pin đã tăng vọt trong vài năm qua. Xu hướng này sẽ còn tiếp tục, và điều này có thể khiến việc tái chế hiệu quả hơn về mặt kinh tế so với sản xuất pin mới.

Việc tái chế cũng giúp doanh nghiệp “né” chi phí vận chuyển khi phải nhập vật liệu từ các quốc gia khác, phần nào chủ động được việc sản xuất pin.

Nền kinh tế tuần hoàn từ pin xe điện cũ hỏng

Sau khoảng một thập kỷ tăng trưởng nhanh chóng của xe điện, với tuổi thọ tối đa của pin là khoảng 8 năm, Trung Quốc đã bắt đầu chứng kiến làn sóng thải bỏ pin xe quy mô lớn, theo một cuộc họp của Quốc vụ viện Trung Quốc hồi tháng 2, theo trang SCMP.

Khối lượng pin ô tô đã qua sử dụng tại Trung Quốc dự kiến vượt 4 triệu tấn mỗi năm vào năm 2028, và quy mô ngành tái chế pin sẽ đạt hơn 280 tỷ NDT (39 tỷ USD), theo nguồn dữ liệu từ Hiệp hội Công nghệ Tiết kiệm Năng lượng Điện tử Trung Quốc.

Trong khi đó, với tuổi thọ dài hơn nhưng được triển khai từ sớm, các mô-đun năng lượng mặt trời trong hệ thống điện mặt trời quy mô lớn của Trung Quốc dự kiến sẽ bắt đầu bị thải loại từ năm nay, và làn sóng này sẽ tăng tốc trong 5 năm tới, theo báo cáo của Hiệp hội Kinh tế Tuần hoàn Trung Quốc công bố vào năm 2023.

Việc tái chế các vật liệu quan trọng như lithium, cobalt và nickel đang tạo ra lợi nhuận và củng cố an ninh tài nguyên cho Trung Quốc trong bối cảnh chiến tranh thương mại với Mỹ làm gián đoạn chuỗi cung ứng.

Và trong kỷ nguyên năng lượng mới, pin lithium-ion đã hết hạn sử dụng có thể là những “mỏ tài nguyên” đích thực có thể tái sử dụng, đem lại nguồn lợi lớn cho các công ty tái chế chất thải rắn công nghiệp.
Pin xe điện và tấm pin mặt trời cũ hỏng, hết hạn sử dụng ở Trung Quốc đang thúc đẩy nền kinh tế tuần hoàn trong kỷ nguyên năng lượng mới (Minh hoạ: SCMP).

Khi ngày càng nhiều pin và tấm năng lượng mặt trời hết hạn sử dụng hoặc đến giai đoạn cũ hỏng tại Trung Quốc, mô hình kinh tế tuần hoàn sẽ phát triển mạnh mẽ, với vật liệu được tái sử dụng và đưa trở lại sản xuất sản phẩm mới, từ đó giảm chất thải và tiết kiệm tài nguyên.

Với việc kim loại quý đóng vai trò thiết yếu trong nhiều công nghệ năng lượng sạch đang phát triển nhanh hiện nay, theo một số chuyên gia phân tích, mô hình này đặc biệt có ý nghĩa trong việc cải thiện khả năng tự chủ tài nguyên khoáng sản của Trung Quốc trong bối cảnh căng thẳng thương mại toàn cầu ngày càng leo thang.

Cách đây một năm, Trung Quốc đã triển khai hai chương trình lớn – nâng cấp thiết bị và đổi cũ lấy mới đối với hàng tiêu dùng, nhằm kích cầu trong bối cảnh kinh tế Trung Quốc tăng trưởng chậm lại. Các chương trình này đã đẩy mạnh nhu cầu tái chế và có thể mở ra một chu kỳ tăng trưởng mới.

Để đáp ứng nhu cầu đó, năm ngoái một tập đoàn nhà nước mới đã được thành lập trực thuộc Quốc vụ viện – Tập đoàn Tái chế Tài nguyên Trung Quốc (China Resources Recycling Group), nhằm xây dựng mạng lưới tái chế ngoại tuyến, bao gồm cả thiết bị điện tử tiêu dùng bền, tua-bin gió và tấm pin năng lượng mặt trời đã qua sử dụng, theo SCMP.

Trung Quốc hiện vẫn phụ thuộc lớn vào nhập khẩu nhiều khoáng sản thiết yếu, đặc biệt là những loại dùng cho lĩnh vực năng lượng mới và sản xuất công nghệ cao, như cobalt, nickel và lithium. Ngược lại, Mỹ và châu Âu cũng cảnh giác với sự phụ thuộc vào Trung Quốc, bởi nước này kiểm soát phần lớn các khâu tinh luyện và sản phẩm hoàn chỉnh.

Chiến dịch nâng cấp thiết bị tiêu dùng và công nghiệp đang diễn ra ở Trung Quốc được dự báo sẽ bổ sung gần 500.000 tấn tài nguyên có thể thu hồi các kim loại màu, theo ông Li Yusheng, Phó Tổng thư ký Hiệp hội Công nghiệp Kim loại màu Trung Quốc, phát biểu tại một cuộc họp báo vào tháng 1.

Các nhà sản xuất pin và ô tô hàng đầu như CATL và BYD đã hoàn thiện hệ thống tái chế pin trong vài năm qua, trong khi các doanh nghiệp nhỏ cũng đang đổ xô vào thị trường đầy tiềm năng này để giành lấy thị phần.

Ông Yu Zhongkai, quản lý cấp cao tại công ty Tianli Technology ở tỉnh Chiết Giang, cho biết họ mới bắt đầu phát triển thiết bị tái chế pin gần đây, nhưng hiện nay lĩnh vực này đã đóng góp khoảng 25% doanh thu cho công ty.

“Nhưng chúng tôi vẫn đang thử nghiệm, vì thị trường chưa rõ ràng và chưa có tiêu chuẩn chung toàn ngành”, ông nói.

Theo ông, Trung Quốc vẫn đang trong giai đoạn sơ khai trong việc tái chế rác thải năng lượng mới, nhưng tình trạng này cũng phổ biến ở các nước khác. Liên minh châu Âu (EU) đang dẫn đầu về các tiêu chuẩn và hệ thống tái chế, còn Trung Quốc có lợi thế vượt trội về chuỗi công nghiệp hoàn chỉnh và thị trường quy mô lớn.

Đây là một lĩnh vực mới nổi, thu hút nhiều nhà đầu tư, nhưng lại thiếu quy định và các đột phá về công nghệ.

Hiện Trung Quốc áp dụng chính sách “danh sách trắng” để chuẩn hóa thị trường tái chế pin và ngăn chặn các tai nạn môi trường hoặc mất an toàn. Tính đến nay, có 156 công ty đã được đưa vào danh sách.

Tại cuộc họp Quốc vụ viện hồi tháng 2, Trung Quốc đã thông qua kế hoạch hành động nhằm cải thiện hệ thống tái chế pin xe, hướng tới xây dựng một hệ thống tái chế chuẩn hóa, an toàn và hiệu quả.

Trước đó, vào tháng 12 năm ngoái, Bộ Công nghiệp và Công nghệ Thông tin Trung Quốc đã yêu cầu các doanh nghiệp phải thiết lập cơ chế đảm bảo chất lượng với khả năng truy xuất nguồn gốc và trách nhiệm giải trình, đồng thời tăng cường các tiêu chuẩn bắt buộc đối với sản phẩm tái chế.

Brunp Recycling Technology, công ty con của CATL nằm trong “danh sách trắng”, cho biết họ có thể thu hồi tới 99,3% lượng nickel, cobalt và mangan trong pin đã qua sử dụng, và 91% lượng phosphorus và lithium.

Điều này giúp Trung Quốc hình thành một chu trình khép kín hoàn chỉnh trong phát triển năng lượng mới, theo CEO Li Changdong của Brunp.

Pin lithium-ion chứa kim loại nặng, có thể ngấm vào đất và nước nếu xử lý không đúng cách. Việc tái chế cũng có nguy cơ gây cháy nổ hoặc phát thải khí độc nếu thao tác sai.

Tuy nhiên, phần lớn pin đã qua sử dụng hiện lại rơi vào tay các xưởng trái phép nhỏ lẻ tại những khu vực kém phát triển, theo bà Chen Liwen, nhà hoạt động môi trường với hơn 10 năm kinh nghiệm trong xử lý rác thải.

Bà cũng cảnh báo việc thiếu quy định trong xử lý tấm pin mặt trời đã qua sử dụng, vốn đã lan rộng khắp Trung Quốc sau 20 năm phát triển. “Nhiều hộ dân ở nông thôn lắp đặt tấm pin cách đây hai thập kỷ. Nay khi chúng hết hạn, một số còn bị vứt thẳng vào thùng rác”, bà nói.

Trong bối cảnh đó, các đơn vị tái chế hợp pháp đang gặp khó vì không nhận đủ lượng chất thải cần xử lý, dẫn đến tình trạng dư công suất. Tình hình có thể sẽ cải thiện khi hệ thống pháp lý hoàn thiện và làn sóng thải bỏ pin xe chạm đỉnh trong vài năm tới, khi nhiều thương hiệu, trong đó có các hãng của Trung Quốc, đang đẩy nhanh việc chuyển đổi danh mục sản phẩm sang xe điện. EU có kế hoạch cấm bán xe chạy xăng và diesel từ năm 2035.

Theo một nghiên cứu mới, pin xe điện có thể sử dụng được lâu hơn tuổi thọ trung bình 14 năm của một chiếc ô tô tại Mỹ.

Theo Geotab, một công ty tại Vương quốc Anh chuyên cung cấp dịch vụ viễn thông cho xe, hầu hết các pin xe điện (EV) có thể sử dụng đến 20 năm với mức độ suy giảm hàng năm rất nhỏ. Đây là thời gian dài hơn 6 năm so với tuổi thọ trung bình của một chiếc xe tại Hoa Kỳ.

Trong khoảng thời gian dài này, pin EV chỉ suy giảm khoảng 1,8% mỗi năm. Sau 20 năm, nếu không gặp sự cố nghiêm trọng nào, người lái vẫn có thể di chuyển với khoảng 64% quãng đường ban đầu của xe.

Sự suy giảm tuổi thọ và dung lượng pin xe điện cũng phụ thuộc vào thói quen, điều kiện sạc.

Dữ liệu này được nghiên cứu từ việc phân tích dữ liệu của hơn 10.000 xe điện. Pin EV điện áp cao vẫn có thể bị hỏng, nhưng tỷ lệ hỏng là rất nhỏ. Theo một nghiên cứu, những chiếc xe điện được sản xuất trong thập kỷ qua có tỷ lệ hỏng pin dưới 0,5%.

Việc suy giảm pin không diễn ra đều đặn và cũng phụ thuộc vào khu vực. Sự suy giảm lớn nhất xảy ra trong vài năm đầu tiên của vòng đời pin, sau đó chậm lại, rồi tiếp tục giảm mạnh khi pin gần hết tuổi thọ. Khí hậu nóng cũng làm tăng tốc độ suy giảm pin, do vậy người lái được khuyên đỗ xe điện trong bóng râm, đặc biệt là khi sạc.

Các xe EV hiện đại có hệ thống làm mát và sưởi pin hiệu quả để giữ nhiệt độ pin trong mức cho phép, nhưng luôn tốt hơn nếu giữ pin tại nơi mát mẻ thay vì nắng nóng. Điều này cũng liên quan đến vấn đề sạc nhanh DC, vốn làm tăng nhẹ tốc độ suy giảm pin so với sạc chậm.

Giữ mức sạc trong khoảng 20% đến 80% đối với các loại pin nickel-mangan-coban (NMC) và nickel-coban-mangan (NCM) cũng là cách hiệu quả để kéo dài tuổi thọ pin. Với pin lithium-sắt-phốt phát (LFP), giới hạn này thường không áp dụng, nhưng một nghiên cứu cho thấy việc liên tục sạc đầy pin LFP có thể làm giảm tuổi thọ của nó.

Ngay cả khi chủ xe tuân thủ tất cả các đề xuất đơn giản trên, không thể tránh khỏi thực tế rằng pin sẽ xuống cấp theo thời gian, dù có sử dụng hay không. Cũng giống như xe chạy xăng, các ống dẫn và bơm sẽ xuống cấp nếu để lâu không sử dụng, pin xe điện cũng sẽ mất dần dung lượng theo thời gian.