Pin và vấn đề môi trường

Thay thế động cơ đốt trong bằng pin lithium-ion được coi là một cách giải quyết những thiệt hại do xe gây ra cho môi trường, nhưng pin không hề ‘xanh’ như nhiều người lầm tưởng. 

Sự gia tăng của pin điện trong lĩnh vực ô tô và điện có thể là một trong những công cụ quan trọng nhất trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu.

Các nhà sản xuất ô tô hàng đầu thế giới đã đi từ việc nhúng chân vào thị trường xe điện (EV), điều này sẽ dẫn đến sự bùng nổ của ngành sản xuất xe điện ở châu Âu và các nơi khác.

Pin oto có thể gây ra những tác động xấu cho môi trường

Được thúc đẩy bởi luật pháp và thay đổi tâm lý của người tiêu dùng và nhà đầu tư, việc loại bỏ dần động cơ đốt trong (ICE) này sẽ loại bỏ một trong những yếu tố góp phần lớn nhất phát thải carbon khỏi hệ thống năng lượng toàn cầu.

Tuy nhiên, chúng ta không thể dễ dàng bỏ qua chi phí xã hội và môi trường đáng kể của việc sản xuất pin này. Vào thời điểm mà các chính phủ đang áp dụng các phương thức phân loại cho nền tài chính bền vững , những tác động tiêu cực của việc sản xuất pin cần phải được xem xét đầy đủ.

Pin cung cấp giải pháp cho nhiều vấn đề năng lượng

Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ, giao thông vận tải chiếm 14% lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính toàn cầu và 95% năng lượng dành cho giao thông đến từ nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ . Vận tải đường bộ chiếm hơn 40% tổng nhu cầu dầu trong năm 2019 .

Thay thế ICE bằng EV chạy bằng pin lithium-ion (li-ion), hoặc cuối cùng là pin trạng thái rắn, là một phần của giải pháp. Pin cũng có thể đóng một vai trò lớn hơn trong các hình thức vận tải khác như đường sắt.

Tương tự như vậy, pin được thiết lập để đóng một vai trò thiết yếu trong việc cung cấp điện khử cacbon, giải quyết khả năng gián đoạn của năng lượng tái tạo bằng cách lưu trữ điện ngoài lưới điện. Sản xuất điện và nhiệt chiếm 25% tổng lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính trên toàn thế giới.

Số lượng các cơ sở lưu trữ pin quy mô tiện ích hiện nay cũng đã trải rộng trên toàn thế giới và sẽ phát triển trong thập kỷ tới.

Xe điện thay thế xe chạy bằng dầu diesel hoặc xăng có thực sự tốt như chúng ta nghĩ

Khí thải carbon từ pin

Việc chuyển sang sử dụng pin sẽ không loại bỏ hoàn toàn lượng khí thải carbon, ít nhất là không phải lúc đầu.

Trong khi xe điện chạy trên đường có tác động tiêu cực đến lượng khí thải carbon, thì việc sản xuất chúng lại sử dụng nhiều carbon.

Trong khi xe điện chạy trên đường có tác động tiêu cực đến lượng khí thải carbon, thì việc sản xuất chúng lại sử dụng nhiều carbon. Nghiên cứu từ Berylls Strategy Advisors cho thấy việc sản xuất pin ô tô điện nặng 500kg thải ra lượng carbon dioxide nhiều hơn 74% so với sản xuất ô tô thông thường ở Đức.

Viện Nghiên cứu Hệ thống và Đổi mới Fraunhofer ước tính rằng một chiếc ô tô EV tầm trung với pin 40 kilowatt giờ (kWh) mua ở Đức vào năm 2019 sẽ cần lái được 52.000 km trước khi lượng khí thải trong thời gian tồn tại của nó giảm xuống dưới mức khí thải so sánh giữa động cơ diesel hoặc xăng. . Đối với những chiếc xe điện sang trọng có pin lớn (120kWh) có thể tăng lên đến 230.000 km.

Lượng khí thải carbon liên quan đến xe điện sẽ phụ thuộc vào sự kết hợp năng lượng của quốc gia mà chúng được sản xuất và sử dụng. Nếu phần lớn lượng điện của quốc gia đó được tạo ra bằng cách đốt nhiên liệu hóa thạch, thì lượng khí thải carbon của phương tiện đó sẽ lớn hơn.

Các nhà khoa học lo ngại nguồn khí thải sinh ra từ pin oto

Hầu hết các loại pin EV được sản xuất ở các nước như Trung Quốc , Thái Lan , Đức và Ba Lan , tất cả đều chạy bằng một lượng lớn nguồn điện không thể tái tạo. Ngay cả những chiếc xe điện được sản xuất tại các quốc gia phụ thuộc nhiều vào năng lượng tái tạo nhất cũng sẽ được xuất khẩu sang các quốc gia vẫn đốt nhiên liệu hóa thạch để cung cấp điện.

Mối liên hệ liên tục này với nhiên liệu hóa thạch thường được sử dụng, một cách thiếu thuyết phục, như một lập luận chống lại việc áp dụng rộng rãi EVs. Đúng vậy, điện đi vào xe có thể không xanh 100%, nhưng lượng khí thải tiết ra từ ống xả khiến xe điện ít sử dụng carbon hơn nhiều so với động cơ đốt trong. Nó cũng là một vấn đề sẽ giảm dần theo thời gian, vì ngày càng nhiều lưới điện trên thế giới chạy bằng năng lượng tái tạo (một phần là nhờ vào bộ lưu trữ pin).

Chi phí môi trường và xã hội của việc sản xuất pin

Đáng quan tâm hơn là chi phí môi trường và xã hội của việc khai thác và xử lý các khoáng chất cần thiết cho sản xuất pin.

Khai thác liti từ nước muối ở Nam Mỹ có liên quan đến những lo ngại về việc làm ô nhiễm các lưu vực nước địa phương và nhiễm mặn nước ngọt cần thiết cho các cộng đồng địa phương. Khai thác mỏ colbalt ở Cộng hòa Dân chủ Congo đã được báo cáo rộng rãi về các vấn đề lao động trẻ em, hủy hoại môi trường và ô nhiễm độc hại dẫn đến dị tật bẩm sinh ở người dân địa phương.

Trên thực tế, việc khai thác tất cả các khoáng chất liên quan đến sản xuất pin, niken, mangan và than chì đều làm dấy lên những lo ngại về môi trường và xã hội. Thường thì những người duy nhất theo dõi tác động của việc khai thác như vậy là chính các công ty khai thác.

Chi phí hoạt động của xe oto chạy bằng pin cao hơn so với các dòng xe khác

Nghiên cứu của tổ chức phi lợi nhuận SOMO có trụ sở tại Hà Lan ước tính rằng DRC sản xuất 70% coban trên thế giới và Trung Quốc sản xuất 68% than chì. Trong khi Australia dẫn đầu thị trường sản xuất lithium với 62% thị phần, thì Trung Quốc có hơn một nửa dự trữ lithium toàn cầu.

Trung Quốc thống trị việc sản xuất các thành phần cho pin li-ion, sản xuất 61% vật liệu cathode cho EVs và 83% anode vào năm 2019, và là nhà lãnh đạo không thể tranh cãi về sản xuất tế bào, với 73% thị phần.

Nghiên cứu của SOMO cũng chỉ ra rằng, dựa trên ước tính của Global Battery Alliance, một mối quan hệ đối tác công tư dưới sự bảo trợ của Diễn đàn Kinh tế Thế giới, thu nhập trong tương lai trên toàn bộ chuỗi cung ứng li-ion sẽ được phân bổ rất không đồng đều . Các công ty đa quốc gia thượng lưu liên quan đến sản xuất hàng loạt tế bào pin và xe điện sẽ thu được phần lớn giá trị, trong khi những công ty liên quan đến khai thác và tái chế sẽ chỉ nhận được một phần thu nhập.

Theo Liên minh pin toàn cầu, khối lượng khai thác nguyên liệu thô vào năm 2030 sẽ lớn hơn 300 Đại kim tự tháp Giza mỗi năm , trong khi trọng lượng nhà máy lọc dầu yêu cầu sẽ lớn hơn 110.000 chiếc Boeing 787 Dreamliners mỗi năm.

Nhu cầu nguyên liệu đáng kinh ngạc này là điều thúc đẩy nỗ lực của các công ty khai thác nhằm tìm kiếm các biên giới mới, đặc biệt là thông qua khai thác dưới đáy biển sâu, một ngành công nghiệp non trẻ có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng về môi trường .

Ngành công nghiệp khai khoáng có một thành tích tồi tệ khi liên quan đến nhân quyền và vi phạm môi trường . Sự bùng nổ khai thác được dự đoán trước này, đặc biệt là ở các quốc gia có thành tích kém trong việc ngăn chặn các hành vi phạm tội như vậy, nên khiến mọi người dừng lại để suy nghĩ.

Tái chế và tái sử dụng pin

Một số coi việc tái chế và tái sử dụng là một câu trả lời cho những vấn đề này. Nếu chúng ta có thể tái chế phần lớn khối lượng pin được sản xuất, thế giới sẽ yêu cầu sản xuất pin ít hơn nhiều. Pin thường giữ được dung lượng đáng kể sau khi hết ứng dụng ban đầu, tạo ra một thị trường đáng kể để tái sử dụng, trong khi các bộ phận của pin đã qua sử dụng có thể được tái chế.

Thông tư Năng lượng lưu trữ ước tính rằng vào năm 2025, tất cả các thị trường pin li-ion lớn hơn sẽ có công suất tái chế vượt quá nhiều so với nguồn cung cấp pin thải.

Rất khó để đo lường khối lượng pin li-on gia nhập thị trường toàn cầu nhưng công ty nghiên cứu và tư vấn Circular Energy Storage đã ước tính trong một báo cáo năm 2021 rằng thị trường đã tăng trưởng 720% kể từ năm 2009. Khối lượng pin gia nhập thị trường toàn cầu đã tăng lên. 16% chỉ từ năm 2018 đến năm 2019.

Điều này dường như sẽ tạo ra những cơ hội đáng kể cho các công ty tái chế, nhưng không có chuyện mua bán pin đã qua sử dụng mới xuất hiện. Một nửa số pin EV sẽ chỉ hết tuổi thọ sau 15 năm, và các nhà sản xuất không ngừng tìm cách kéo dài tuổi thọ sản phẩm.

Vì vậy, tốc độ tăng trưởng của pin có sẵn để tái chế sẽ chậm hơn nhiều so với công suất lắp đặt. Việc xây dựng năng lực tái chế sẽ yêu cầu đầu tư trả trước cao, trong khi giá trị của pin hết tuổi thọ sẽ thấp và sẽ không đủ quy mô để xây dựng hiệu quả.

Thêm vào đó, việc tái chế một vật liệu như lithium rất phức tạp vì nó độc hại và phản ứng cao, và vật liệu tái chế đắt hơn các vật liệu tương đương được khai thác trên các sàn giao dịch hàng hóa, và sẽ rất khó để xây dựng một ngành công nghiệp tái chế ở quy mô cần thiết để giảm hoạt động khai thác trên toàn thế giới.

Thông tư Năng lượng lưu trữ ước tính rằng vào năm 2025, tất cả các thị trường pin li-ion lớn hơn sẽ có công suất tái chế vượt quá nhiều so với nguồn cung cấp pin thải, nhưng công suất mới đáng kể đó sẽ được yêu cầu vào năm 2030 khi nhiều pin hơn hết tuổi thọ.

Tuy nhiên, phân tích này chỉ xem xét những pin được nộp để tái chế. SOMO ước tính rằng chỉ 5% pin hết tuổi thọ được tái chế trên toàn cầu.

Tái chế pin là cách hiệu quả để giảm thiểu các hệ quả gây ra cho môi trường

Giải quyết vấn đề pin

Theo một số người, nguy cơ môi trường ngày càng gia tăng này không xứng đáng với những lợi ích mà việc triển khai pin điện quy mô rộng sẽ mang lại.

Báo cáo của SOMO cho rằng chúng ta không nên mở rộng phạm vi sử dụng pin trên các phương tiện giao thông cá nhân, tập trung vào việc giảm mức sử dụng ô tô và tăng phương tiện giao thông công cộng.

Chúng ta nên trung thực hơn về các vấn đề do sản xuất pin tạo ra để thử và giải quyết chúng.

Với sự nhiệt tình ngày càng tăng của các nhà sản xuất ô tô, chính phủ và người tiêu dùng đối với xe điện, có lẽ đã quá muộn để đặt lại nút chai này.

Thay vào đó, chúng ta nên trung thực hơn về các vấn đề do sản xuất pin tạo ra để thử và giải quyết chúng.

Nhiều người báo trước sự tiến bộ của pin trạng thái rắn, với một số công nghệ nguyên mẫu đang xuất hiện hứa hẹn hiệu suất tốt hơn mà không cần sử dụng coban hoặc niken. Tuy nhiên, giải pháp này giúp giảm thiểu vấn đề pin xuống mức không tốt ở những nơi như DRC , nhưng thách thức còn lớn hơn thế nhiều.

Lithium sẽ vẫn là một thành phần cơ bản của pin thế giới trong tương lai gần, đặc biệt là với sự phong phú toàn cầu của nó.

Những gì chúng ta cần là luật pháp toàn cầu mạnh mẽ hơn về mua sắm và tái sử dụng tài nguyên thiên nhiên, nâng cao nhận thức của cộng đồng về những thách thức môi trường do sản xuất pin hàng loạt gây ra và các khuyến khích mạnh mẽ hơn cho ngành công nghiệp tái chế.

Mọi văn bản chính sách công liên quan đến lợi ích của pin điện mà không đề cập đến chi phí của nó đều gây ảnh hưởng xấu đến các nỗ lực bảo vệ môi trường.