Pin lithium-ion là nguồn năng lượng phổ biến cho các công nghệ sạch như xe điện, do lượng năng lượng mà chúng có thể lưu trữ trong một không gian nhỏ, khả năng sạc và khả năng duy trì hiệu quả sau hàng trăm, thậm chí hàng nghìn chu kỳ sạc. Những loại pin này là một phần quan trọng trong những nỗ lực hiện tại nhằm thay thế những chiếc ô tô chạy bằng khí đốt thải ra khí CO2 và các loại khí nhà kính khác . Những khả năng tương tự này cũng làm cho các loại pin này trở thành ứng cử viên sáng giá cho việc lưu trữ năng lượng cho lưới điện. Tuy nhiên, điều đó đi kèm với chi phí, vì quy trình sản xuất pin và các thành phần của chúng thải ra khí CO2, cùng với các mối lo ngại khác về môi trường và xã hội.
Quy trình sản xuất
Yang Shao-Horn, Giáo sư Kỹ thuật JR East tại Khoa Kỹ thuật Cơ khí và Khoa học Vật liệu của MIT, giải thích: Sản xuất pin lithium-ion cho xe điện tốn nhiều vật liệu hơn so với sản xuất động cơ đốt trong truyền thống và nhu cầu về vật liệu pin đang tăng lên. Kỹ thuật. Hiện nay, hầu hết liti được chiết xuất từ các mỏ đá cứng hoặc bể chứa nước muối ngầm, và phần lớn năng lượng được sử dụng để chiết xuất và xử lý nó đến từ nhiên liệu hóa thạch thải ra CO2. Riêng trong khai thác đá cứng, cứ mỗi tấn lithium được khai thác, 15 tấn CO2 được thải vào không khí.
Vật liệu pin cũng đi kèm với các chi phí khác. Khai thác các nguyên liệu thô như lithium, coban và niken tốn nhiều công sức, cần có hóa chất và lượng nước khổng lồ – thường là từ những khu vực khan hiếm nước – và có thể để lại chất gây ô nhiễm và chất thải độc hại. 60% cobalt của thế giới đến từ Cộng hòa Dân chủ Congo, nơi các câu hỏi về vi phạm nhân quyền như lao động trẻ em tiếp tục nảy sinh.
Shao-Horn cho biết, quá trình sản xuất cũng bổ sung vào dấu ấn sinh thái của các loại pin này. Để tổng hợp các vật liệu cần thiết cho sản xuất, cần có nhiệt độ từ 800 đến 1.000 độ C – nhiệt độ chỉ có thể đạt được một cách hiệu quả về mặt chi phí bằng cách đốt nhiên liệu hóa thạch, điều này lại làm tăng thêm lượng khí thải CO2 .
Chính xác lượng CO2 được thải ra trong quá trình dài sản xuất pin có thể khác nhau rất nhiều tùy thuộc vào vật liệu nào được sử dụng, cách chúng được lấy và nguồn năng lượng nào được sử dụng trong sản xuất. Phần lớn pin lithium-ion – khoảng 77% nguồn cung của thế giới – được sản xuất tại Trung Quốc, nơi than đá là nguồn năng lượng chính. (Than thải ra gần gấp đôi lượng khí nhà kính so với khí đốt tự nhiên, một loại nhiên liệu hóa thạch khác có thể được sử dụng trong sản xuất nhiệt độ cao.)
Ví dụ, Tesla Model 3 có pin lithium-ion 80 kWh. Lượng khí thải CO2 để sản xuất loại pin đó sẽ nằm trong khoảng từ 2400 kg (gần hai tấn rưỡi tấn) đến 16.000 kg (16 tấn). Một tấn CO 2 là bao nhiêu? Nhiều như một chiếc ô tô chạy bằng xăng thông thường thải ra trong khoảng 2.500 dặm lái xe – tương đương với trọng lượng của một con cá mập trắng lớn!
Các nhà nghiên cứu trên toàn cầu đang cố gắng thiết kế các quy trình sản xuất mới hoặc hóa chất pin mới có thể hoạt động với các vật liệu thân thiện với môi trường, sẵn có hơn, nhưng những công nghệ này chưa có sẵn trên quy mô rộng. Shao-Horn nói: “Nếu chúng ta không thay đổi cách chúng ta tạo ra vật liệu, cách chúng ta tạo ra hóa chất, cách chúng ta sản xuất, mọi thứ về cơ bản sẽ không thay đổi.
Tác động lớn hơn của pin
Shao-Horn cho biết, bất chấp tác động đến môi trường của việc sản xuất pin lithium-ion, công nghệ này thân thiện với khí hậu hơn nhiều so với các giải pháp thay thế.
Tại Hoa Kỳ, lưới điện (là sự kết hợp giữa nhiên liệu hóa thạch và năng lượng ít carbon như gió, mặt trời , thủy điện và năng lượng hạt nhân) sạch hơn so với đốt xăng, và do đó lái xe ô tô điện thải ra ít khí CO 2 hơn so với lái xe ô tô một chiếc xe chạy bằng xăng. David Keith, giáo sư tại Trường Quản lý Sloan của MIT, người nghiên cứu về sự xuất hiện của động cơ mới, cho biết: “Xe điện chạy bằng (điện được tạo ra từ) than có mức tiết kiệm nhiên liệu tương đương theo thứ tự khoảng 50 đến 60 dặm cho mỗi gallon tương đương. “Vì vậy, chiếc xe điện bẩn nhất trông giống như những chiếc xe chạy xăng tốt nhất của chúng tôi hiện nay.”
Và một chiếc xe điện chạy bằng điện do thủy điện, năng lượng mặt trời, gió hoặc các nguồn năng lượng carbon thấp khác tạo ra có thể sạch hơn đáng kể. Keith cho biết: “Ở New England hoặc Tây Bắc Thái Bình Dương, mức tiết kiệm nhiên liệu tương đương với xe điện là hàng trăm: tương đương 110-120 dặm cho mỗi gallon.
Khi bạn cộng con số này trên quãng đường hàng trăm dặm, mặc dù lưới điện của Hoa Kỳ hiện không có carbon và ngay cả khi tính đến lượng khí thải ban đầu liên quan đến việc sản xuất pin, ô tô điện vẫn thải ra ít CO2 hơn so với ô tô chạy bằng khí đốt. Đây là một đặc điểm quan trọng, vì ở Hoa Kỳ, ngành giao thông vận tải tạo ra lượng phát thải khí nhà kính lớn nhất – gần một phần ba tổng lượng phát thải của cả nước.
Shao-Horn cho biết thêm, lợi ích môi trường lớn thứ hai mà những loại pin này có thể mang lại là ổn định lưới năng lượng. Khi thế giới hướng tới các nguồn năng lượng tái tạo, như năng lượng mặt trời và năng lượng gió, nhu cầu ngày càng tăng đối với các cách lưu trữ và tiết kiệm năng lượng này. Sử dụng pin để lưu trữ năng lượng mặt trời và năng lượng gió khi có nhiều năng lượng có thể giúp giải quyết một vấn đề lớn về năng lượng tái tạo – cân bằng tình trạng thừa cung và thiếu hụt khi thời tiết không lý tưởng – giúp việc chuyển đổi từ nhiên liệu hóa thạch thải CO2 trở nên dễ dàng hơn nhiều.
