Tác giả: Giáo Sư Tiến Sĩ John HT Luong, Kỹ Sư Hóa Học Cang Tran, Kỹ Sư Điện Tử Di Ton-That
“A Paradox over Electric Vehicles, Mining of Lithium for Car Batteries”
by* John H. T. Luong, Cang Tran, Di Ton-That
School of Chemistry, University College Cork, T12 YN60 Cork, Ireland
Department of Chemical Engineering, Syracuse University, Syracuse, NY 13244, USA
Broadcom Corp, Irvine, CA 92618, USA
*
Author to whom correspondence should be addressed.
Academic Editors: Alexandre De Bernardinis and Khaled Itani
Energies 2022, 15(21), 7997; https://doi.org/10.3390/en15217997
Received: 6 October 2022 / Revised: 20 October 2022 / Accepted: 26 October 2022 / Published: 27 October 2022
(This article belongs to the Special Issue Energy Conversion and Storage in Fuel Cells, Batteries and Hybrid Electric Systems)
Assumptions about electric cars are wrong and holding back adoption, argue Sergio M. Savaresi and Prof. Silvia Strada – Politecnico di Milano
Lithium là một muối kim loại màu bạc có khả năng chứa đựng rất nhiều năng lượng đã được dùng trong các pin có thể sạc lại bình pin điện “LiBs” (Lithium Batteries). Cobalt, Nickel và Manganese là 3 kim loại khác cũng rất cần trong LiBs. LiBs cung cấp 3000 Watts cho mổi Kilo sức nặng và có thể được sạc lại đến 3000 lần trong môi trường nhiệt độ từ -20.C đến +60.C. Ngoài ra, Neodymium và Dysprosium, 2 kim loại rất hiếm cũng cần cho việc chế tạo đông cơ có từ trường của xe điện (EV: Electric Vehicle).
Để sản xuất được LiBs, năng lượng cần thiết tốn đến 2 lần nhiều hơn so với xe dùng xăng đồng thời cũng cần đến rất nhiều điện để dùng sạc lại LiBs sau mỗi lần xài. Như vậy, để được xem xe điện như một “green car” (xe không gây tổn hại cho môi trường trái đất) thì xe điện cần phải dùng 100% năng lượng sạch, “100% green energy”, dùng điện sạc LiBs không bảo đảm là “green energy” vì điện có thể được chế tạo từ than đốt hoặc các nguyên liệu thải ra khí CO2
Bình điện LiBs trong xe rất nặng và rất to, chiếm đa số trọng lượng và diện tích sàn xe. Vì thế trong tương lai, LiBs cần phải nhỏ hơn, nhẹ hơn, thời gian sạc điện nhanh hơn để được lái đi xa hơn. Những điều này có thể làm được với các phát minh mới về cực điện (electrode) nhưng vấn đề rất quang trọng là trái đất có chứa đủ Lithium dùng trong các bình điện cho xe EV sau năm 2050 hay không ?
Tái chế phục hồi LiBs (recycling) và công việc thâu nhập Lithium từ nước biển (ước lượng chừng 2,600,000,000,000 tấn Litium) có thể là giải pháp tốt nhưng kỷ thuật hiện nay có làm được hay không sau năm 2050?
Xe điện không thải khí CO2
Xe điện được xem như môt phương tiện để chống lại sự thay đổi khí hậu và giảm khí “nhà kính” (greenhouse CO2). Xe điện không xã các khí CO2, NOx, CO, SO2… làm ô nhiễm không khí trong các thành phố lớn, trung bình có 2.3Kg của khí CO2 đựơc thải ra cho một lít xăng của xe hơi. Xe điện xài động cơ nhỏ, không cần bình nước làm nguội máy, không có hộp số, rất ít tiếng ồn của động cơ, và ít cần bảo trì… so sánh với các xe dùng xăng hay dầu Diesel. Xe điện được các chính phủ trên thế giới ủng hộ sẽ giúp cho khí hậu trái đất nguội bớt từ 1.5°C đến 2.0°C, theo như quy ước ký tại Paris 2016, các xe xài xăng sẽ không được sản xuất trong tương lai, các công ty General Motos (USA) và Audi (Germany) dự định không làm xe dùng xăng hay diesel vào năm 2033-2035 và Anh Quốc (UK) sẽ không sản xuất từ năm 2030, các quốc gia khác có thể sẽ đi theo quyết định này.
Môt vấn đề quan trọng là xe điện (EV) rất giới hạn phạm vi lái xe trong vòng 150-300 dặm (250-500 Km). Trong các loại bình điện xe khác nhau, Lithium-ion được xem là nguyên liệu tốt nhất dù rằng cần phải được tăng thêm phạm vi lái xe và giảm bớt giá. Hiện nay, các quốc gia trên thế gìới tranh dành nhau để bảo đảm mua được Lithium “xăng trắng” (white-oil) trên thị trường dùng cho bình điện xe.
Xe điện trở thành “green car” tốt cho trái đất khi nào được sạc điện không dùng than đốt hay thải khí CO2
Xe điện cần dùng điện để sạc pin Lithium, và chỉ được xem như “green car” (xe làm sạch môi trường) khi nào dùng điện sạch “green energy” không xài than đốt hay thải khí CO2 để tạo ra điện, điển hình như xứ Norway bên Âu Châu, nơi mà đa số điện được tạo ra từ các đập nước, sức gió thổi, và sức nóng từ trái đất. Xe điện sẽ giảm giá trị giúp làm “sạch” cho trái đất nếu dùng điện được tạo ra từ các lò phát điện đang xài than hay các chất đốt có chứa Carbon.
Tại xứ India, 80% các nhà máy phát điện đang dùng than, dầu hay chất sinh khối (biomass). Tại China, 52% các nhà máy điện đang dùng than, và 4.5% từ khí thiên nhiên (natural gas). Năm 2020, tại USA 80% càc nhà mày điện dùng khí thiên nhiên, nhà máy điện nguyên tử (nuclear energy) và than, 20% còn lại dùng sức nóng trái đất và các nguồn thiên nhiên khác. Tại Germany, sự giảm khí tải CO2 bằng càch dùng xe điện đã không thành công. Năm 2020, Germany dùng điện phát ra từ gió thỗi (27%), từ nhà máy điện nguyên tử (12%), từ solar cell (10%), từ chất sinh khối ( 9.3% biomass), từ các đâp nước nhưng vẫn còn dùng than (24%).
Thủy điện tại thành phố Quebec, Canada, rất trong sạch trong môi trường, chỉ thải ra 34.5g khí CO2/kWh [1], so sánh với mực độ trung bình 417g khí CO2/kWh được thải ra tại US [2]. Một EV dùng 20 kWh/100 Km (xe điện dùng từ 15 đến 30 kWh để đi 100 Km [3]), sẽ thải ra 34.5 x 20/100 = 6.9 g khí CO2 tại Canada, và 83.4 g CO2 tại US.
Hình 1: Các chất khí thải từ xe điện và xe dùng xăng tại Europe (2015) sau khi chạy 150,000 Km
Hình 2: So sánh sự phế thải khí CO2 giữa xe dùng xăng (ICEV) và điện (BEV)
Cần dùng một năng lượng để tạo ra một năng lượng khác
Lithium và các kim loại khác được đào ra từ các quặng mỏ, lọc sạch đất, và phải được rất tinh khiết để dùng làm pin xe. Sự sản xuất pin xe Lithium làm tăng lên sự ô nhiễm trái đất vì phải dùng độ nóng 800°C đến 1000°C, điện từ các nhà máy phát điện bằng than hay dầu đã được dung trong việc chế biến Lithium để giảm chi phí. Sự kiện này lại làm tăng lên việc ô nhiễm môi trường vì phải dùng các chất có Carbon, thải ra khí CO2 rất nhiều trong quá trình sản xuất và thường được gọi là “CO2 footprint” tùy thuộc vào số điện đã cần dùng.
Sự sản xuất một bình pin 75 kWh do công ty pin của Tesla tại tiểu bang Nevada, USA xã ra 4,500 Kg (4.5 tấn) CO2, và 9,000 Kg (9.0 tấn) CO2 nếu được sản xuất tại Asia. Để so sánh, trung bình sự sàn xuất một xe dùng xăng hay diesel sẽ dùng khoảng 7 đến 10 tấn CO2. Như vậy nếu tính thêm năng lượng cần cho sự sản xuất xe Tesla cộng thêm năng lượng làm pin Lithium, hai loại xe xăng và pin đều tốn năng lượng giống nhau.
Một xe điện với phạm vi lái 300 dặm (500 Km) trước khi cần sạc, sẽ dùng bình điện ít nhất là 60 kWh. Khoảng 150 Kg khí CO2 sẽ được thải ra cho 1 kWh của pin Lithium, trung bình độ 6 tấn (6,000 Kg) khí CO2 dùng để chế tạo pin Lithium, và tổng cộng sẽ vào khoảng 16-19 tấn CO2 sẽ được thải ra trong sự sản xuất 1 xe điện.
Các xưỡng chế tạo pin xe điện hiện đang thải ra tương đương từ 61 Kg đến 106 Kg khí CO2 cho mỗi kWh, có khi lên đến 146 Kg. Chỉ khi nào pin xe điện được làm bằng các nguyên liệu “sạch” không có chất Carbon mới đạt đến con số 61 Kg. [4]
Lithium và các kim loại khác có giới hạn
Giống như dầu thô, Lithium không xử dụng lại được, và ước đoán có khoảng 14 triệu tấn chứa trong đất và 230 triệu tấn trong nước biển. Có vài khảo cứ cho rằng Lithium có nhiều hơn trong đất, vào độ từ 22 đến 80 triệu tấn. Lithium tan trong nước biển mặn, nhưng đá và đất sét cũng có Lithium trong dạng thái khoáng sản. Có 3 môi trường chứa nhiều Lithium: muối đóng đá, muối trong nước biển nóng và đá có chứa khoáng sản: spodumene. Muối đóng đá chiếm độ 83% có tại vùng Nam Mỹ, Trung Hoa, và Hoa Kỳ, đá có chứa khoáng sản 17% tại Úc Châu.
Lithium có trong : muối đóng đá, muối trong nước biển nóng và đá (source: internet)
Phần lớn năng lượng dùng để kiếm và thanh lọc Lithium đều thải ra khí CO2 vì dựa vào các nhiên liệu hoá thạch như than đá. Đa số các mỏ đào Lithium, các kim loại (Cobal, Nickel…) đều dựa vào sức lao động con người và rất nhiều nước. Lithium lấy từ nước biển mặn tốn rất nhiều thời gian từ nhiều tháng đến nhiều năm và rất ít công ty có kỹ thuật để làm ra Lithium thin khiết nguyên chất. Cách ít tốn kém nhất là dựa vào năng lượng mặt trời, nhưng phải tùy thuộc vào địa thế khai thác nên phẩm chất Lithium thay đổi nhiều.
Lithium lấy từ đá có chứa khoáng sản spodumene cần phải xay ra đá vụn, nung nóng lên rồi dùng acid để tẩy. Giống như những mỏ đào các kim loại khác, môi trường sẽ bị thiệt hại nặng nề cho đất, không khí, nước bị nhiễm độc, và nước có thể bị khô cạn. Cần 20,000,000 lít nước (500,000 gallons) để kiếm ra 1 tấn Lithium từ đá.
Dùng Lithium chế tạo pin cho xe điện sẽ làm thiệt hại rất nhiều cho môi trường thiên nhiên, tạo ra sự hâm nóng cho trái đất và khô cạn nước. Mỏ đào Lithium tại vùng Jadar xứ Serbia, có lẽ lớn nhất thế giới nhưng luôn luôn đã là một lối lo ngại lớn lao cho các chuyên viên môi trường.
Mỏ đào Lithium vùng Jadar, Serbia (source: internet)
Ngoài Lithium, các kim loại khác cần thiết trong việc chế tạo pin xe điện, tùy thuộc vào kỹ thuật pin của các hãng khác nhau. Thông thường, một bình điện Lithium trong xe cần vào khoảng 14 Kg Cobalt (Co). Hơn 70% kim loại này trên thế giới được đào lên từ các mỏ tại xứ DRC (Democratic Republic of the Congo - Cộng Hoà Xã Hội Congo), kế đến là từ Russia. Các khoa học gia đã tìm thấy sự liên quan từ mỏ đào Cobalt đến nhiều trường hợp bẩm sinh bất thường tại Congo.
Theo sự khảo cứu của viện IEA (International Energy Agency), để đạt được mục tiêu của năm 2050 trong việc không tạo thêm khí CO2 (Net-Zero), chúng ta cần hơn 2 tỷ (2 billion EVs) các loại xe điện. Môt bình pin cho xe điện cần 14 Kg chất kim loại Cobalt, toàn thế giới được ước tính có độ 7.1 triệu tấn (7.1M tons), như vậy chỉ đủ Cobalt cho 528 triệu xe điện (528M EVs).
China hiện đang có 80,000 tấn dự trữ, vì thế China rất thận trọng cố gắng tránh xài Cobalt trong pin xe điện. Trên nguyên tắc, Cobalt có thể được thay thế bằng các kim loại khác cho cực điện trong pin Lithium. Một nửa xe Tesla mới đã dùng pin điện “Cobalt-free ion phosphate” goị là pin LFP, do không xài Cobal và Nickel, pin LFP tốn ít tiền hơn nhưng vì tạo được ít năng lượng nên phạm vi lái xe bị gìới hạn.
Chất Lithium có trong nước biển rất ít (0.1-0.2 ppm hay là 0.0001%) do đó việc thâu gọm rất tốn kém với kỹ thuật khoa học ngày nay. Dựa theo sự tăng gia sản xuất xe điện gần đây, chúng ta sẽ không còn chất Lithium vào năm 2080, tương tự như dự đoán số dầu thô đang được có trong dự trữ. Cobalt và Nickel là hai kim loại cần thiết cho việc sản xuất pin Lithium, đồng thời các kim loại rất hiếm có như Neodymium, Samarium và Dysprosium cũng cần thiết cho đông cơ điện trong EV.
Một vài sự lo ngại đến môi trường
Sự sản xuất những kim loại nêu trên sẽ lảm ô nhiễm đất, lảm thiếu nước, phá hoại môi trường và có thể làm trái đất nóng thêm. Tăng nhanh sự sản xuất chất Lithium tạo ra nhiều sự lo ngại cho môi trường trong kỹ nghệ làm xe điện. Cặn bã phế thải từ những mỏ khai quang Cobalt, càc kim loại thông thường cùng với những kim loại hiếm sẽ làm nhiễm độc không khí, thức ăn, nước dùng, phá huỷ lúa gạo và hại đến sức khoẻ con người.
Tại nước Cộng Hoà Xã Hội Congo (DRC), dân chúng bị mất đất trồng trọt, mất nhà và thường phải đi xa qua xứ Zambia để mua thức ăn. Những mỏ Cobalt đã xảy ra nhiểu vụ chà đạp nhân quyền, tham nhủng, lạm dụng sức lao động của 40,000 trẻ em và thiếu sự an toàn nên thường xảy ra nhiều tai nạn. Một cuộc thưa kiện tại Congo đã xảy ra cho các công ty Apple, Google, Dell, Microsoft và Tesla vì đã làm thiệt mạng hay gây thương tích trầm trọng cho các trẻ em bị bắt phải làm việc trong các hầm mỏ. Giống như các loại kim loại nặng khác, Cobalt rất độc hại và cần phải rất thận trọng trong việc khai thác.
Ngoài ra, nếu quặng mỏ không được xây an toàn sẽ đưa đến sự sụp đỗ, gây ra nhiều thương tích hay thiệt mạng cho công nhân. Hiện nay tại Portugal đang có một vụ thưa kiện đang xảy ra đến với công ty Savannah Resources tại London về vấn đề “khai thác đất đai bất hợp lệ”.
Khai thác Lithium trong những xứ nhược tiểu kém mở mang cũng có rất nhiều vấn đề. Tại miền nam Phi châu, Lithium được lọc ra từ muối đóng đá làm ô nhiễm các hồ chứa nước và dân chúng điạ phương có thể đang bị nhiễm độc vì dùng nước. Tất cả các vùng chung quanh quặng mỏ phải được khai quang, vì thế cây cần phải đốn chặt lảm tiêu diệt các sự sống dựa vào cây cỏ. Công việc này cần dùng đến các máy đốn cây phá rừng làm đường và các xe vận tải to lớn xài rất nhiều nhiên liệu, thải ra nhiều khí độc và CO2. Năng lượng cần cho sự chế tạo Lithium lại chính là những năng lượng gây ra sự ô nhiễm môi trường, thải ra khí CO2.
Với việc khai thác Lithium từ đá, 15 tấn CO2 được thải ra cộng thêm với sự phế thải nguyên liệu sạch: 2,000,000 lít nước cần đến cho việc lọc ra 1 tấn Lithium. Sự thiếu nước trầm trọng có thể xảy ra cho việc canh nông trồng trọt trong những miền núi khô khan có đá chứa Lithium. Vì thế, những xứ có quan tâm đến sự ô nhiễm môi trường thường không cho khai thác các quặng mỏ này.
Các vấn đề chính trị liên quang đến chất Lithium
Hiện nay trái đất được xác định chứa 15 triệu tấn Lithium tại bốn quốc gia: Chile, Australia, Argentina và China. Theo như sự ước đoán của cơ quang nghiên cứu địa chất US (US Geological Survey) vào năm 2019, toàn thế giới có thể chứa đến 80 triệu tấn Lithium (80,000,000 Kg) nhưng chỉ vài vùng có thể sản xuất được. Để chi phí sản xuất được hợp lý, chất Lithium có trong môi trường phải đạt đến một mức độ tối thiểu. Thêm một sự khó khăn là chất Magnesium (Mg) hiện diện chung với Lithium trong muối đóng đá cần phải được loại bỏ để có được Lithium nguyên chất dùng trong bình điện. Vì thế, Lithium có trong biển chết (dead sea) tại Israel không khai thác được, nhưng tại vùng hồ nước mặn Zabuye của China gần như nguyên chất, không có nhiều Magnesium, rất tiện lợi cho việc khai thác Lithium. Hồ này có chứa 1.84 triệu tấn Lithium, được gọi tên Zabuye vì có khoáng chất thiên nhiên Zabuyelite, Lithium carbonate (Li2CO3), một trường hợp đặc biệt gần như không chứa Magnesium của thiên nhiên.
Hiện nay, vùng núi Salar de Atacama giửa Bolivia và Chile được xem như là nơi có chứa đựng nhiều Lithium nhất trên thế giới với 32 triệu tấn.
Nhiều xe điện trên thế giới hiện đang dùng các kim loại có từ trường (magnesium – rare earth elements) làm máy: Neodymium và Dysprosium, China là nơi duy nhất có sản xuất được hai kim loại này. Hầu hết tất cả xe đìện tại China đang được xài kim loại từ trường cho máy, nhưng với những quốc gia khác trên thế giới, nhập cảng kim loại từ trường từ China là một vấn đề khó khăn và tế nhị.
55% Lithium trên thế giới đến từ Australia, 23% từ Chile, 10% từ China và 8% từ Argentina. Năm 2021, Australia đứng đầu thế giới về việc sản xuất Lithium vào khoảng 55,000 tấn, tiếp theo là Chile vào khoảng 26,000 tấn và China với 14,000 tấn.
Sự sản xuất xe điện tại Âu Châu hoàn toàn lệ thuộc vào việc nhập cảng chất Lithium, ủy ban các cộng đồng châu Âu (the European Commission) mong muốn thành lập kỹ nghệ sản xuất Lithium để giảm bớt sự lệ thuộc vào ngoại quốc. Hiện nay, châu Âu không có đủ phương tiện để có được Lithium và các xưỡng chế tạo pin xe điện. Năm 2021, China đã sản xuất 79% cho tất cả các Lithium-ion pin xe điện trên thế giới, và giá bán thay đổi rất nhanh, từ $6,000/tấn cho năm 2000 lên đến $78,032/tấn cho năm 2022.
Hy vọng trong tương lai gần đây, năm 2030 các quốc gia khác trên thế giới sẽ sản xuất được hơn 2.7 triệu tấn LCE (lithium carbonate equivalent). Nếu một EV cần từ 8 Kg đến 12 Kg, sự ước đoán 14 triệu tấn dự trử Lithium có thể đủ cho 1.17 triệu đến 1.75 tỷ xe điện.
Ngoại trừ Australia, đáng tiếc rằng đa số các quốc gia trên thế giới có thể sản xuất được các koáng sản hay kim loại dùng cho pin xe điện thường hay bị nhiều xáo trộn về chính trị hay kinh tế,. Hiện nay Australia rất hợp tác với US và châu Âu trong sự cung cấp các nguồn nhiên liệu này. Có thể vì thế mà công ty Tesla của US đang tăng gia sản xuất xe điện tại Texas (USA) và tại Shanghai (China) trong khi không hợp tác với xứ Afghanistan nơi có nhiều quặng mỏ Lithium chứa trong đá, Cobalt, các kim loại hiếm, và nhất là tại xứ Congo nghèo khó, chính trị rất bấp bênh.
China có Lithium, rất nhiều các kim loại hiếm, đồng thời Russia có rất nhiều Nickel, Manganese, Iron và các kim loại cần thiết khác. US, Russia và China đang có 29.79 triệu tấn Lithium chưa được khai thác. Theo tin tức mới nhất, con số dự đoán cho Lithium chưa được khai thác được tăng lên đến 54.1 triệu tấn từ muối đóng đá (21.3 đến 65.3 triệu tấn) và từ đá (12.8 đến 30.7 triệu tấn).
Theo tin tức từ báo New York Times ngày 31 tháng 3 năm 2022 (nytimes.com/2022/03/31), Tổng Thống US, Joe Biden đã dùng đạo luật “Tăng Gia Sản Xuất Quốc Phòng” (Defense Production Act) – luật đã được ban hành năm 1950, để cố gắng tăng gia sản xuất các kim loại hiếm dùng cho xe điện. Tái xữ dụng các vật liệu trong xe điện sẽ rất quang trọng trong sự làm giảm bớt nhu cầu đòi hỏi Lithium và các vật liệu cũng đang cần cho các công việc khác.
Việc nghiên cứu Lithium rất cần thiết, với hy vọng sẽ hủy bỏ được công chuyện loại bỏ phế thải pin xe, đồng thời chuyên chở các pin xe rất nặng đến những nơi tái lập cũng rất tốn kém.
Năm 2019, tại Australia chỉ có từ 2% đến 3% LiB đã xử dụng được chở ra ngoại quốc để được tái lập, và ít hơn 5% tại châu Âu. Tái xử dụng pin xe điện rất ít vì có nhiều lý do: kỹ thuật chưa làm được, điạ thế không thuận tiện, kinh tế khó khăn hay sự khác biệt về luật pháp giữa các quốc gia.
Lời kết luận
Vì các kỷ nghệ và các nhà lãnh đạo trên thế giới đang xuất tiến đến việc không tạo thêm khí CO2 với hy vọng không làm tăng thêm sự không khí nóng lên của trái đất, kỷ nghệ xe hơi bị bắt buộc phải chế tạo và sản xuất các xe dùng pin điện thay thế cho xe dùng dầu.
Rất tiếc rằng, sự hiểu biết và kỹ thuật áp dụng vào xe EV chưa được nghiên cứu chính xác và rỏ ràng thêm. Theo thông tin của Cơ Quang Năng Lượng Thế giới (International Energy Agency - IEA), chúng ta sẽ cần tối thiểu 1 triệu tấn Lithium, tương đương với tất cả số Lithium của China đang có hiện nay để sản xuất 125 triệu xe EV cho toàn thế giới cho đến năm 2030.
Một vấn đề khác cần có giải pháp, liên quang đến sự gây nhiễm môi trường của càc kim loại hiếm, trong đó có sự hiện diện của chất phóng xạ như Thorium. Để gạn lọc ra được các kim loại hiếm này lại cần đến việc xử dụng những hoá rất độc hại như Sulfate, Ammonia, và Hydrochloric acid. Để kiếm ra được 1 tấn các kim loại hiếm: Neodymium và Dysprosium, 2000 tấn các chất độc khác sẽ được thải ra môi trường.
Xe điện Renault Zoe thay thế các kim loại từ trường cách dùng dây chất đồng cuốn chung quanh máy (copper winding). Hãng xe Bentley chế tạo động cơ không dùng từ trường và không dùng dây đồng. Đời thứ 5 xe hãng BMW dùng động cơ không chứa kim loại hiếm. Hãng xe Audi dùng động cơ bằng nhôm cho xe loại “e-tron” (aluminum rotor induction motor for the e-tron).
Các quốc gia tân tiến kỷ nghệ muốn xử dụng xe pin điện (EV) nhưng công dân của các quốc gia
sản xuất Lithium và các kim loại khác sẽ bị sống trong những môi trường rất nhiễm độc. Chiến lược tăng gia xử dụng xe điện (EV) cần rất nhiều chất Lithium dùng cho pin xe điện, nhưng chính các quốc gia tại châu Âu và US rất cần nhập cảng Lithium từ Chile và từ những quốc gia khác có nhiều mỏ Lithium.
Kỹ thuật tái xử dụng lại pin xe điện (LiB) cần được nghiên cứu thêm và thi hành để giảm bớt sự cần thiết đến nguyên liêu Lithium tinh khiết. Bình pin điện hiện đang được nghiên cứu để giảm thiểu trọng lượng, làm nhỏ hơn, và tăng thêm điện chứa để
xe được đi xa hơn, thời gian cần sạc điện ngắn hơn… Những sự tiến bộ này, thêm với sự cần giảm giá xe, sẽ quyết định tương lai cho EV.
Hiện nay, việc khai thác các nguyên liệu cần thiết cho xe điện, giúp thêm tiện nghi cho cuộc sống của các dân chúng sống tại thành thị nhưng đang tiêu diệt cuộc của các cộng đồng sống trong các vùng quặng mỏ từ thời xa xưa. Kỹ thuật tái xử dụng lại pin xe điện sẽ giảm bớt sự ô nhiễm môi trường cho những vùng này. Trung bình một xe điện sẽ được dùng từ 15 đến 20 năm, như vậy chúng ta sẽ cần đến 2 bình pin điện Lithium cho mỗi xe điện được sản xuất.
Để có thêm Lithium, các hãng xe EV cần phải đầu tư vào việc khai thác các quặng mỏ trong các cộng đồng châu Âu và USA. Dựa theo kỹ thuật khoa học hiện tại, khai thác Lithium từ chất nước chứa nhiều Lithium sẽ làm giảm chi phí từ 30% đến 50% ít hơn là khai thác quặng mỏ. Nước biển có thể đang chứa đến 2,600,000,000,000 (2,600 tỷ) tấn Lithium, sự phát minh khoa học cần thiết trong tương lai có thể sẽ làm giảm chi phí tốn kém hiện nay.
Ngoài kỹ nghệ xe, Lithium đang cần được dùng trong các kỹ nghệ pin chứa điện khác, polymers, đồ gốm, chế biến kim loại, kỹ nghệ dược phẩm và nhiều ứng dụng trong không gian. Hy vọng rằng với sự phát minh mới trong tương lai về kỹ thuật pin điện, sự tái xử dụng lại pin cũ sẽ thành công truớc năm 2050 và sẽ bớt sự ô nhiễm môi trường của các xứ đang khai thác quặng mỏ, tuy nhiên lại có thể sẽ làm thiệt hại kinh tế cho những nơi này ?
Tuy nhiên, các chính trị gia cần phải biết toàn diện các vấn đề một cách rõ hơn, việc cấm xử dụng các xe dùng xăng vào năm 2035 là không thực tế và chính xác. Hiện nay, thay thế sự phụ thuộc vào dầu xăng với sự phụ thuộc vào chất Lithium và các kim loại đang khan hiếm, và đồng thời cũng cần phải lệ thuộc vào các quốc gia khác, đó có phải là một quyết định đúng hay không?
Thời gian sẽ có câu trả lời – Time will tell.
Ghi Chú:
Bài viết này được tóm lược dựa theo bài nghiên cứu khoa học (reseach article) với 184 tài liệu đã được tham khảo:
“A Paradox over Electric Vehicles, Mining of Lithium for Car Batteries”
https://www.mdpi.com/1996-1073/15/21/7997
do cùng ba tác giả biên soạn, đã được đăng trên mạng lưới diễn đàng khoa học thế giới MDPI tại Thụy Sĩ (open access scientic journals – Switzerland) vào tháng 10 năm 2022. MDPI được sự ủng hộ của hơn 115,000 khoa học gia lỗi lạc trên thế giới, có hơn 25 triệu người xem mỗi tháng.
1. Levasseur, A.; Mercier-Blais, S.; Prairie, Y.; Tremblay, A.; Turpin, C. Amélioration de la précision de l’empreinte carbone de l’électricité: Estimation des émissions de gaz à effet de serre des réservoirs hydroélectriques. Renew. Sustain. Energy Rev. 2021, 136, 110433.
2. U.S. Energy Information Administration. How Much Carbon Dioxide Is Produced Per Kilowatthour of U.S. Electricity Generation? 2020. Available online:
https://www.eia.gov/tools/faqs/faq.php?id=74&t=11 (accessed on 20 May 2021).
3. Jasmin, D. Électricité 101: La Consommation des Véhicules Electriques. 2019. Available online:
https://roulezelectrique.com/electricite-101-la-consommation-des-vehiculeselectriques/ (accessed on 30 January 2021).
4. https://www.carbonbrief.org/factcheck-how-electric-vehicles-help-to-tackle-climate-change/
* Tiểu sử 3 tác giả:
Ông John HT Luong là giáo sư tiến sĩ, nhà khảo cứu danh dự (Walton Fellow) của Hội Đồng Khoa Học Gia tại Ireland (Dai Hoc Cork, Ireland), nguyên chủ tịch hội đồng Nanobiotechnology và Biosensor Technology tại Canada va nguyen Giao Su & Truong ban Biomedial Engineering, Dai Hoc Ky Thuat Nanyang, Singapore. Ông là cựu kỹ sư Hóa Học tốt nghiệp tại Đại Học Phú Thọ 1973.
https://www.walshmedicalmedia.com/editor/john-ht-luong-10558
https://ie.linkedin.com/in/john-ht-luong-8a43ba112
Ông Cang Tran là Kỹ Sư Hóa Học, tốt nghiệp tại tiểu bang New York, Hoa Kỳ. Ông cũng là cựu kỹ sư Hóa Học tốt nghiệp tại Đại Học Phú Thọ trước 1975.
Ông Di Ton-That là Kỹ Sư Điện Tử, tốt nghiệp tại California, cựu du học sinh tại Hoa Kỳ. Sau 1975, ông đã làm kỹ sư điện tử về nghành điện bán dẫn (semiconductor chip) cho các hãng Commodore, Western Digital, Motorola, NewPort Communications và Broadcom.
Abstract
Lithium, a silver-white alkali metal, with significantly high energy density, has been exploited for making rechargeable lithium-ion batteries (LiBs). They have become one of the main energy storage solutions in modern electric cars (EVs). Cobalt, nickel, and manganese are three other key components of LiBs that power electric vehicles (EVs). Neodymium and dysprosium, two rare earth metals, are used in the permanent magnet-based motors of EVs. The operation of EVs also requires a high amount of electricity for recharging their LiBs. Thus, the CO2 emission is reduced during the operation of an EV if the recharged electricity is generated from non-carbon sources such as hydroelectricity, solar energy, and nuclear energy. LiBs in EVs have been pushed to the limit because of their limited storage capacity and charge/discharge cycles. Batteries account for a substantial portion of the size and weight of an EV and occupy the entire chassis. Thus, future LiBs must be smaller and more powerful with extended driving ranges and short charging times. The extended range and longevity of LiBs are feasible with advances in solid-state electrolytes and robust electrode materials. Attention must also be focused on the high-cost, energy, and time-demand steps of LiB manufacturing to reduce cost and turnover time. Solid strategies are required to promote the deployment of spent LiBs for power storage, solar energy, power grids, and other stationary usages. Recycling spent LiBs will alleviate the demand for virgin lithium and 2.6 × 1011 tons of lithium in seawater is a definite asset. Nonetheless, it remains unknown whether advances in battery production technology and recycling will substantially reduce the demand for lithium and other metals beyond 2050. Technical challenges in LiB manufacturing and lithium recycling must be overcome to sustain the deployment of EVs for reducing CO2 emissions. However, potential environmental problems associated with the production and operation of EVs deserve further studies while promoting their global deployment. Moreover, the combined repurposing and remanufacturing of spent LiBs also increases the environmental benefits of EVs. EVs will be equipped with more powerful computers and reliable software to monitor and optimize the operation of LiBs.
Keywords: electric vehicles; car battery; lithium; extraction; mining; brines; lithium-ion battery (LiB); recycling; CO2 emission; lithium reserves.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét