Mô tả

Giải quyết những quan niệm sai lầm phổ biến xung quanh việc tái chế pin Lithium-Ion

Tóm tắt Pin lithium-ion

Pin lithium-ion (Li-ion) ngày càng trở nên phổ biến trong trung tâm dữ liệu, nhưng sự hoài nghi về chi phí và tính bền vững của việc tái chế Li-ion vẫn tồn tại phần lớn do thông tin không chính xác hoặc lỗi thời và tính toán tổng chi phí sở hữu (TCO). Niềm tin phổ biến là hầu hết các loại pin Li-ion đều kết thúc ở bãi rác và những pin được tái chế được thực hiện bằng cách sử dụng quy trình nung chảy mọi thứ và để lại mọi thứ trừ kim loại thu hồi hoàn toàn không thể cứu vãn được.

Mặc dù quy trình này có thể đã phổ biến cách đây 5 năm nhưng ngày càng có nhiều công ty sử dụng quy trình tái chế để thu hồi nhiều thành phần có giá trị hơn trong pin đồng thời giảm thiểu hoặc loại bỏ các sản phẩm phụ thải ra. Các công ty này không chỉ cung cấp tùy chọn khả thi để tái chế pin Li-ion một cách bền vững mà trong nhiều trường hợp, giá trị của các thành phần tận dụng được tìm thấy trong pin có thể bù đắp chi phí chung của quy trình tái chế.

Phân tích này sẽ thảo luận về những xu hướng đang thúc đẩy các quy trình tái chế mới này, cách chúng hoạt động, cách chúng so sánh với các phương pháp tái chế pin khác, điều gì làm cho một số loại pin Li-ion trở nên có giá trị hơn và những cân nhắc khác để tái chế pin Li-ion.

Tóm tắt tiểu sử 

Pin Li-ion là nguồn năng lượng phổ biến cho hàng triệu thiết bị tiêu dùng, cung cấp năng lượng cho mọi thứ từ điện thoại di động, máy tính xách tay và dụng cụ điện cho đến xe tự lái và xe hybrid (xe hybrid là xem có một động cơ đốt trong và một động cơ điện).

Mặc dù công nghệ này đã tồn tại hàng thập kỷ nhưng pin Li-ion lần đầu tiên xuất hiện trong các trung tâm dữ liệu viết tắt là TTDL khoảng 5 năm trước. Pin Li-ion được sử dụng với các hệ thống bộ lưu điện (UPS) như một phương tiện đảm bảo thời gian hoạt động cho cơ sở hạ tầng quan trọng trong các TTDL.

Pin Li-ion ngày càng trở nên phổ biến nhờ hiệu suất đáng tin cậy, ít phải bảo trì, chiếm diện tích nhỏ, độ tin cậy ở nhiệt độ cao và mật độ năng lượng cao. Pin Li-ion có tuổi thọ gấp bốn lần so với pin axit-chì được điều chỉnh bằng van (VRLA), dẫn đến ít lần thay thế pin hơn và chi phí lao động thấp hơn.

Với kích thước và trọng lượng nhỏ hơn, pin Li-ion dành cho hệ thống UPS giúp tiết kiệm không gian, cải thiện tính linh hoạt của vị trí và giải quyết các ngưỡng trọng lượng sàn hạn chế. Tuy nhiên, vì Li-ion là một công nghệ tương đối mới trong TTDL nên nhu cầu tái chế các pin UPS Li-ion đó vẫn còn ở giai đoạn sơ khai so với lĩnh vực ô tô.

Công nghệ tái chế pin Li-ion lần đầu tiên đạt được sức hút khi khối lượng pin được sử dụng trong lĩnh vực ô tô trở nên quá lớn không thể bỏ qua. Hiện tại, châu Á sản xuất hơn 90% pin Li-ion của thế giới và riêng Trung Quốc sở hữu 44% lượng xe điện của thế giới. Để bắt kịp với mức tiêu thụ đó, Trung Quốc đã đi đầu trong công nghệ tái chế Li-ion.

Điều quan trọng cần lưu ý là mặc dù pin Li-ion được điều chỉnh cho phù hợp với các ứng dụng cụ thể (ví dụ: Pin được sử dụng trong TTDL không hoàn toàn giống với pin được sử dụng trong ô tô, máy tính xách tay hoặc điện thoại di động), quy trình tái chế có thể giống nhau đối với tất cả các loại. Những cơ sở được xây dựng để tái chế tất cả các loại pin ô tô đó cũng có thể dễ dàng tái chế pin Li-ion từ các trung tâm dữ liệu.

So với Trung Quốc và Châu Âu, Hoa Kỳ bắt buộc tái chế pin Li-ion chậm hơn, đặc biệt là trong lĩnh vực TTDL, nhưng lợi ích kinh tế của việc tái chế các kim loại có giá trị trong pin Li-ion đang thúc đẩy nhiều đổi mới hơn. Điều quan trọng cần nhớ là pin Li-ion vẫn còn tương đối mới đối với không gian TTDL và thế hệ đầu tiên của loại pin này vẫn đang được sử dụng và có thể còn nhiều năm nữa mới hết hạn sử dụng. Có thời gian để xây dựng cơ sở hạ tầng tái chế cần thiết cho Li-ion.

Quy trình tái chế pin Li-ion hiện đại

Khi pin Li-ion hết tuổi thọ và được chuyển đến cơ sở tái chế, pin sẽ được xả trước để không có năng lượng dư được lưu trữ. Sau đó, pin được chia nhỏ bằng cách tháo rời thủ công hoặc bằng cách đặt các mô-đun pin vào máy nghiền nơi chúng bị nghiền nát. Bất kể quy trình nào, những gì còn lại là một đống hạt nhỏ trải qua quá trình lọc lắc bột qua sàng để tách nguyên liệu theo kích thước hạt. Các vật liệu được sử dụng để chế tạo các điện cực của pin Li-ion như đồng và nhôm được thu hồi trong quá trình này.

Phần còn lại sau bước này là thứ mà ngành tái chế gọi là “khối đen” hoặc một loại bột màu đen, sần sùi, mịn hơn cát nhưng không bay lơ lửng trong không khí. Khối đen chứa tất cả các vật liệu đang hoạt động, có giá trị cao chiếm phần lớn chi phí trong sản xuất pin Li-ion. Các công ty tái chế thường sẽ sử dụng một quy trình hóa học được gọi là thủy luyện, là quy trình sử dụng dung dịch nước để tách và thu hồi kim loại từ khối đen. Phương pháp này có thể phục hồi tới 98% các thành phần của pin và thông qua quá trình phân tách hóa học, các vật liệu đạt đến mức độ tinh khiết của vật liệu cấp pin cần thiết để tạo ra pin mới.

Vật liệu có giá trị phổ biến được tìm thấy trong Pin Li-ion

Bốn kim loại chính, có giá trị được sử dụng trong pin Li-ion trong TTDL là coban, niken, lithium và mangan.
Một nửa nguồn tài nguyên lithium của thế giới nằm trong “tam giác lithium” của Nam Mỹ, nơi các công ty khai thác mỏ bị cáo buộc bóc lột công nhân và phá hủy môi trường sống của người dân địa phương. Do đó, những nỗ lực tìm nguồn coban và lithium một cách có trách nhiệm đã làm tăng giá của nó lên rất nhiều.

Các nhà sản xuất đang tìm kiếm các giải pháp thay thế đã chuyển sang sử dụng Pin tái chế, hay còn gọi là “khai thác đô thị”, cho phép họ lấy nguồn coban từ pin đã qua sử dụng, thay vì trái đất. Không giống như coban và lithium, niken và mangan không quá tập trung về mặt địa lý và do đó dễ tìm nguồn hơn.

Xét về giá trị tiền tệ đối với các nhà tái chế, niken đứng thứ hai sau coban. Tuy nhiên, niken vẫn có giá trị vì vai trò ngày càng tăng của nó trong các hệ thống lưu trữ năng lượng. Các nhà sản xuất pin cũng đang hướng tới thiết kế pin có hàm lượng niken cao hoặc không chứa coban để tăng mật độ năng lượng và giảm sự phụ thuộc vào coban, điều này càng làm tăng nhu cầu về niken và đẩy giá lên cao.

Lithium rõ ràng là sợi phổ biến được tìm thấy trong tất cả các chất hóa học của pin Li-ion, nhưng nó vẫn ít giá trị hơn đối với các nhà tái chế so với coban và niken. Đó là bởi vì thường chỉ có dấu vết nhỏ của nó trong mỗi viên pin. Nhưng để giải quyết những lo ngại đã đề cập trước đó về việc khai thác lithium, chúng ta có thể thấy nhiều tổ chức đang tìm kiếm lithium tái chế như một cách tìm nguồn cung ứng thông qua các phương tiện đạo đức hơn.

Mangan không tập trung về mặt địa lý và không có giá trị bằng các kim loại đã đề cập trước đó, do đó, từ quan điểm của nhà tái chế, có ít trường hợp kinh doanh hơn so với coban, niken và lithium.

Hóa chất pin phổ biến nhất trên thị trường ngày nay

– Đối với các công ty tái chế, càng nhiều coban và các vật liệu có giá trị khác được tìm thấy trong pin sau khi được xử lý, họ càng có thể kiếm được nhiều tiền hơn bằng cách thu hồi pin và bán lại cho chuỗi cung ứng. Do đó, điều quan trọng cần lưu ý là ba loại pin Li-ion phổ biến nhất được tìm thấy trên thị trường và giá trị của chúng so với thành phần hóa học của chúng.

– NMC (niken mangan coban oxit) có giá trị tái chế cao nhất, vì có sự hiện diện của coban và niken. Các nhà tái chế hiện tại đã kiếm được lợi nhuận từ việc tái chế pin NMC.

– LMO (lithium mangan oxit) có giá trị khiêm tốn vì nó thiếu coban và niken.

– LFP (lithium iron phosphate) có giá trị thấp nhất trong ba loại, với lithium là vật liệu có giá trị duy nhất. Mặc dù pin Li-ion mang lại nhiều lợi ích tiết kiệm chi phí, nhưng trong một số trường hợp, giá trị vật liệu của pin LFP có thể không bao gồm tất cả các chi phí tái chế.

Tác động đến Môi trường, Sức khỏe và An toàn

Trong những năm qua, quy trình tái chế pin VRLA đã được chú ý và dành nhiều nguồn lực hơn vì hai lý do:

(1) các tác động đến sức khỏe và môi trường được ghi chép rõ ràng liên quan đến chì có trong các loại pin này; và

(2) tính ưu việt của pin VRLA, được sử dụng trong hầu hết các loại ô tô và trong hầu hết các hệ thống UPS trong ngành công nghiệp TTDL.

Để đáp ứng tốt hơn các yêu cầu về an toàn công cộng liên quan đến chì, trước đây đã có một nỗ lực mạnh mẽ hơn nhiều để hoàn thiện và cải tiến quy trình và công nghệ tái chế pin VRLA.

Pin Li-ion có thể không gây hại cho môi trường như pin chì, nhưng một số lượng đáng kinh ngạc pin Li-ion hiện đang bị chôn lấp.

Vào năm 2019, trong số 180.000 tấn pin Li-ion có sẵn để tái chế, hơn một nửa đã bị chôn lấp. Phần lớn trong số đó đã được sử dụng trong các thiết bị điện tử tiêu dùng bị loại bỏ, điều này đặt ra một thách thức khác, nhưng vấn đề vẫn còn.

Các công ty có đầu óc bền vững sẽ cần hợp tác với các công ty tái chế Li-ion mới nổi để phát triển các kế hoạch tái chế có thể mở rộng và Vertiv đã bắt đầu.

Những người dẫn đầu thúc đẩy quá trình tái chế pin Li-Ion 

Như đã thảo luận trước đây, áp lực của chính phủ và tỷ lệ tiêu thụ pin Li-ion hàng đầu thế giới đã giúp Trung Quốc luôn đi đầu trong việc phát triển cơ sở hạ tầng và công nghệ tái chế.

Vì vậy, không có gì ngạc nhiên khi Trung Quốc là quốc gia đầu tiên xây dựng nhà máy tái chế pin Li-ion hiện đại với quy mô lớn. Vào năm 2019, CATL, nhà sản xuất pin Li-ion lớn nhất thế giới, đã đầu tư vào công ty con tái chế Li-ion của mình, Quảng Đông Brunp, để cung cấp một hệ thống vòng kín để sản xuất pin.
Nhà máy đã được mở rộng vào đầu năm nay và hiện có công suất xử lý pin thải hàng năm là 120.000 tấn.

Trong khi Bắc Mỹ vẫn chưa xây dựng bất cứ thứ gì để mở rộng quy mô, những tin tức gần đây trong ngành khiến nhiều người cảm thấy lạc quan về tương lai của việc tái chế pin Li-ion trong khu vực.

Pin Lithium-ionMột công ty mới nổi khác đang gây tiếng vang trong ngành là Redwood Materials. Được thành lập bởi J.B. Straubel, người đồng sáng lập Tesla, công ty đã là nhà tái chế pin Li-ion lớn nhất ở Mỹ và có kế hoạch xây dựng một nhà máy trị giá 1 tỷ đô la, rộng hàng trăm nghìn mét vuông, sau khi hoàn thành, sẽ trở thành một trong những nhà máy sản xuất vật liệu pin lớn nhất trên thế giới.

Bắc Mỹ cũng đang tiến xa hơn trong lĩnh vực vận chuyển pin hết hạn sử dụng với các công ty như Veolia, chuyên xử lý và vận chuyển một số dòng chất thải khác nhau, bao gồm cả pin Li-ion và đang nỗ lực trở thành nhà cung cấp dịch vụ hậu cần cho ngành. Tất cả các công ty này và số tiền họ huy động được ở thị trường tư nhân và công cộng cho thấy rõ ràng rằng ngành này thực sự đang trở thành một mô hình kinh doanh khả thi hơn và có khả năng sẽ tăng trưởng mạnh trong những năm tới.

Vận chuyển pin Li-ion hết tuổi thọ

Thông thường, các nhà tái chế muốn các xe tải chở đầy pin có hóa chất thông thường đến cùng một lúc, vì điều đó hiệu quả hơn cho hoạt động của họ. Hiện tại, có rất ít công ty thu gom và vận chuyển khối lượng nhỏ pin Li-ion. Ngoài ra, việc vận chuyển số lượng lớn pin Li-ion có thể tái chế cũng gặp phải những thách thức về quy định tương tự như việc vận chuyển pin Li-ion mới.

Khi quy trình tái chế hoàn thiện, các công ty tái chế Li-ion sẽ có thể trích xuất nhiều vật liệu hơn từ mỗi pin, điều này sẽ bù đắp chi phí liên quan đến vận chuyển. Do đó, chúng ta có thể mong đợi được đầu tư nhiều hơn vào hoạt động vận chuyển và hậu cần, điều này sẽ giúp giảm chi phí và tăng sự thuận tiện cho các nhà điều hành TTDL đang tìm cách tiêu hủy pin củ của họ.

Tháo rời thuận lợi cho tái chế Pin Li-ion của TTDL

So với ngành công nghiệp ô tô, các TTDL có một số lợi thế khác biệt khi có thể tháo rời pin Li-ion đã qua sử dụng trước khi tái chế chúng. Điều đầu tiên cần xem xét là ắc quy của xe điện được giữ trong một hộp lớn, kín nước, khiến việc tháo ra rất khó khăn.

Ngoài ra còn có một số lượng đáng kể các thiết bị điện tử và hệ thống làm mát trong pin xe điện. Các thành phần này tăng thêm trọng lượng đáng kể cho pin và khi pin được đưa đến công ty tái chế, công ty tái chế phải quản lý một lượng lớn vật liệu không mong muốn. Trong TTDL, các mô-đun pin Li-ion riêng lẻ được đặt trong tủ. Hệ thống điều khiển của pin được tách biệt về mặt vật lý, vì vậy khi các mô-đun pin sẵn sàng được tái chế, việc loại bỏ chúng khỏi hệ thống sẽ dễ dàng hơn nhiều. Những ưu điểm này cải thiện tính kinh tế của việc tái chế pin Li-ion của TTDL so với pin thông thường từ xe điện.

Phần kết luận

Mặc dù chưa có số liệu chính xác, nhưng chúng ta có thể mong đợi nhu cầu Li-ion trong TTDL sẽ tăng tương tự.
Công nghệ này đã chiếm một thị phần đáng kể trong thị trường UPS của TTDL.

Ngoài ra, Bloomberg dự đoán một “Kỷ nguyên vàng” cho các nhà tái chế pin vì số lượng pin ngừng hoạt động dự kiến sẽ tăng lên hàng triệu. Và trong khi quá trình tái chế Li-ion vẫn đang ở giai đoạn đầu ở Bắc Mỹ, nhu cầu giảm bớt sự phụ thuộc của chúng ta vào việc khai thác các kim loại quý này đã thúc đẩy đầu tư mạnh mẽ hơn vào việc phát triển loại công nghệ tái chế mới này.

Đối với các nhà điều hành TTDL, giá trị vật chất của việc tái chế pin Li-ion đã khiến một số nhà tái chế bắt đầu trả tiền cho các mô-đun pin đã qua sử dụng, nhưng các hóa chất khác vẫn có thể có chi phí tái chế khiêm tốn. May mắn thay, việc tái chế cả hai loại pin này đều góp phần vào nỗ lực phát triển bền vững của tổ chức bằng cách chuyển những loại pin này ra khỏi bãi rác. Tuy nhiên, những sáng kiến này sẽ phụ thuộc vào các công ty tái chế mới nổi để mở rộng quy trình có ý nghĩa kinh tế cho cả hai bên, chẳng hạn như mô hình kinh doanh khép kín, mạng lưới hậu cần đáng tin cậy và tuân thủ các tiêu chuẩn quy định.

Có thể tái chế pin Li-ion và nỗ lực kết hợp của tất cả các công ty lớn ở Trung Quốc và Bắc Mỹ đã cho thấy rõ rằng có nhu cầu nghiêm túc và cơ hội đầu tư vào công nghệ này. Với rất nhiều mưu đồ xung quanh việc tái chế pin Li-ion, vấn đề chỉ còn là thời gian trước khi quy trình này trở nên thuận tiện, có lợi nhuận và bền vững cho tất cả các bên liên quan.

Lợi ích của công nghệ pin lithium-ion đối với các ứng dụng của UPS là rất nhiều, nhưng chúng yêu cầu một số quy trình và giao thức khác với pin VRLA. Tuy nhiên, hoạt động an toàn của hệ thống UPS tích hợp LIB có thể được đảm bảo bằng cách tuân theo các hướng dẫn và quy trình đã thiết lập.

Các quyết định hóa học hiệu quả và thực hành xây dựng pin đã cải thiện độ an toàn của LIB, khiến chúng trở thành lựa chọn thay thế đáng tin cậy cho VRLA.

Pin lithium-ion ngày nay đang chứng tỏ chúng là những lựa chọn thay thế an toàn, đáng tin cậy cho VRLA với vỏ TCO hấp dẫn. 

 Hãy đặt nền móng cho sự hợp tác bằng cách gọi cho tôi

(Mr Hoàng)  Hotline: 0374585868

Website: VOIMT.COM