Pin tái chế: Những thách thức và giải pháp bền vững

Pin là nhân tố then chốt trong sự phát triển của năng lượng tái tạo và quá trình điện khí hóa giao thông vận tải - hai lĩnh vực trọng yếu được nhấn mạnh tại COP 28.

Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), hiện nay ngành năng lượng chiếm hơn 90% tổng nhu cầu pin toàn cầu. Năm 2023, việc lắp đặt pin trong ngành này đã tăng hơn 130% so với năm trước, đạt tổng công suất lên tới 42 gigawatt (GW) cho các hệ thống điện trên toàn thế giới. Đối với ngành giao thông, pin đã mở đường cho sự phát triển của các loại xe điện. Tính đến tháng 12/2023, theo Eurostat, số lượng xe điện trên toàn cầu đã đạt 28 triệu chiếc, trong đó 57% ở Trung Quốc, 24% ở châu Âu và 12,5% ở Hoa Kỳ.

Mặc dù sự gia tăng sản xuất pin góp phần thúc đẩy năng lượng tái tạo, nhưng nó cũng mang lại một thách thức lớn, đặc biệt là do sự phụ thuộc của một số ngành công nghiệp vào các nguyên liệu thô chính như lithium, cobalt, đồng, nickel, mangan và than chì, vốn đang ngày càng trở nên khan hiếm. Hiện tại, Trung Quốc đang thống trị cả sản xuất pin lẫn nguồn cung nguyên liệu thô khi kiểm soát các mỏ lớn ở châu Phi, Úc và Nam Mỹ. Mặc dù châu Âu có trữ lượng nguyên liệu riêng, song phần lớn vẫn chưa được khai thác do quá trình phát triển cần nhiều năm để hoàn thiện, gây hạn chế khả năng đáp ứng nhanh nhu cầu sản xuất mới.

Ảnh minh hoạ.

Thách thức kỹ thuật trong tái chế pin

Về mặt kỹ thuật, việc thiếu chuẩn hóa trong hóa học và quy trình sản xuất pin đã gây ra nhiều khó khăn. Để có cái nhìn rõ ràng về thành phần của các loại pin đang lưu hành, các nhà máy tái chế đã xây dựng các cơ sở dữ liệu mở rộng. Tuy nhiên, những thay đổi không thể đảo ngược về hóa học và cấu trúc cùng với sự thay đổi của các nhà cung cấp nguyên liệu thô trong suốt vòng đời của pin lại tạo ra sự khác biệt về thành phần, khiến việc xác định chính xác một số mẫu pin trở nên phức tạp.

Hơn nữa, quá trình thu hồi, phục hồi và tái chế pin hoàn toàn phụ thuộc vào chất lượng. Ví dụ, lithium phải đạt độ tinh khiết 100% mới có thể tái sử dụng được. Một thách thức khác là nếu pin được trả lại với tình trạng kém hoặc từ một xe bị hư hỏng, các thành phần then chốt có thể đã xuống cấp và khiến pin không thể tái chế. Việc xác định những hư hỏng này đôi khi không dễ nhận biết, đòi hỏi các quy trình kiểm tra và ra quyết định tốn thời gian.

Hiện tại, việc trộn lẫn các loại pin khác nhau chưa khả thi, do đó các nhà máy tái chế phải đảm bảo có đủ số lượng pin cùng loại trước khi bắt đầu quy trình. Một khi đã mở pin ra, quá trình tháo rời trở nên vô cùng phức tạp và chủ yếu dựa vào lao động thủ công. Trong quá trình kỹ thuật đảo ngược - tháo rời và phân tích sản phẩm hoàn thiện, các linh kiện điện tử và hóa chất phải được tách riêng, một công việc không chỉ tốn công sức mà còn nguy hiểm, có thể gây ra các cú sốc điện nghiêm trọng.

Quy định mới và hướng đi trong tương lai

Để đối phó với những thách thức này, châu Âu đã có những bước đi quyết liệt. Quy định về chất thải pin của Liên minh Châu Âu (EU) được thông qua vào ngày 12/7/2023 đã đánh dấu một bước tiến quan trọng trong nền kinh tế tuần hoàn. Ngoài việc đặt ra các mục tiêu hiệu quả tái chế, quy định này còn đưa ra một số yêu cầu thiết thực:

• Các sản phẩm điện tử trong xe phải được thiết kế để có thể tháo rời, giúp kéo dài tuổi thọ pin và tạo điều kiện cho việc tái chế dễ dàng hơn.

• Mỗi pin công nghiệp có công suất trên 2 kWh được bán tại EU phải đi kèm với “hộ chiếu pin” dưới dạng mã QR, giúp minh bạch thành phần cấu tạo của pin và loại bỏ những bất định.

Tuy nhiên, những sáng kiến này sẽ mất thời gian để được triển khai đầy đủ. Hộ chiếu pin số đầu tiên dự kiến sẽ xuất hiện vào năm 2035. Do tuổi thọ trung bình của pin khoảng 15 năm, các loại pin không có hộ chiếu vẫn có thể được sử dụng đến năm 2040. Trong thời gian này, cần phải có những tiến bộ nhanh chóng trong các kỹ thuật kiểm tra và đo lường.

Tự động hóa - Giải pháp cho quy trình tái chế pin

Ảnh minh hoạ.

Ngày nay, tự động hóa công nghiệp là một trong những giải pháp hiệu quả nhất để phân loại và tháo rời pin một cách an toàn và tự động. Các công nghệ nhận diện và phát hiện dựa trên trí tuệ nhân tạo (AI) có thể xác định các loại pin, robot có thể thực hiện các công việc nguy hiểm trong quy trình tái chế và các quy trình số hóa hỗ trợ hoạt động quy mô lớn. Tuy nhiên, việc tích hợp các giải pháp này đòi hỏi sự đầu tư từ các nhà sản xuất và đặc biệt cần phải thiết kế lại toàn bộ quy trình sản xuất.

Châu Âu vẫn phụ thuộc vào nguồn cung từ thị trường quốc tế, không thể tự túc đáp ứng đủ nhu cầu pin chỉ dựa trên nguồn lực nội địa. Tình trạng này ảnh hưởng không nhỏ đến sự phát triển của ngành năng lượng và xe điện, cũng như nguồn cung nguyên liệu thô quan trọng. Mặc dù các chính sách quy định đang đi đúng hướng nhưng tác động của chúng sẽ cần thời gian để thể hiện. Cho đến khi đó, phương pháp tái chế pin cần được cải tiến không ngừng. Để đạt được điều này, tự động hóa trong phân loại và tháo rời pin sẽ là yếu tố cốt lõi, không chỉ để xây dựng nền kinh tế tuần hoàn bền vững mà còn để đảm bảo sự phát triển lâu dài của công nghệ dựa trên pin.