Tái chế pin lithium – kinh doanh có lời không?

Pin đắt tiền và có tuổi thọ tương đối ngắn. Khi lượng pin rác thải tăng lên tính bằng tấn, các doanh nhân đều bị cám dỗ khởi nghiệp kinh doanh tái chế. Với thị trường thế giới hàng năm (2015) là 33 tỷ đô la, axit chì là loại pin được sử dụng phổ biến nhất. Tiếp theo là Li-ion với giá 16,6 tỷ đô la, NiMH với giá 2 tỷ đô la và NiCd với giá 1 tỷ đô la. Pin với các loại hóa chất khác chỉ chiếm 1 tỷ đô la. Bảng 1 liệt kê chi phí vật liệu cho mỗi tấn để chế tạo các loại pin này.

loại hóa chất pin	Giá trị kim loại (trên một tấn)*	Tái chế
Liti coban oxit	25.000 USD	Cần trợ cấp
Coban	50.000 USD	Có liên quan, trợ cấp
Lithium sắt phosphate	400 USD	Cần trợ cấp
Axit chì	1.500 USD	Có lợi nhuận
Niken	10.000–17.000 USD	Cần trợ cấp
Cadimi	2.200 USD	Cần trợ cấp

Bảng 1: Giá trị kim loại trên một tấn pin
Axit chì vẫn là loại pin thích hợp nhất để tái chế; 70% trọng lượng của nó chứa chì có thể tái sử dụng.
* Chỉ là giá tham khảo năm 2017; độ tinh khiết và nguồn cung quyết định giá trị.

Pin lithium-ion đắt tiền để sản xuất và một phần là do chi phí vật liệu cao và quy trình chuẩn bị phức tạp. Kim loại đắt nhất của hầu hết pin Li-ion là coban , một vật liệu cứng bóng màu xám cũng được sử dụng để sản xuất nam châm và hợp kim có độ bền cao.

Biết rằng hàng tỷ pin Li-ion bị thải bỏ mỗi năm và xét đến chi phí cao của lithium coban oxide, việc thu hồi kim loại quý sẽ có ý nghĩa về mặt kinh tế và người ta tự hỏi tại sao rất ít công ty tái chế những loại pin này.

Lý do trở nên rõ ràng khi xem xét tính phức tạp và năng suất thấp của quá trình tái chế. Nguyên liệu thô thu hồi được hầu như không đủ trả tiền công, bao gồm thu gom, vận chuyển, phân loại, cắt nhỏ, tách vật liệu kim loại và phi kim loại, trung hòa các chất nguy hại, nấu chảy và tinh chế kim loại thu hồi được.

Tái chế pin chì axit 

Các chương trình tái chế axit chì được cho là đã bắt đầu ngay sau khi Cadillac giới thiệu động cơ khởi động vào năm 1912 như một doanh nghiệp vì lợi nhuận thay vì bảo vệ môi trường. Tái chế có thể gây hại, đặc biệt là với pin axit chì. Chì có thể xâm nhập vào cơ thể bằng cách hít vào hoặc nuốt phải khi chạm vào miệng bằng tay bị nhiễm chì. Điều này khiến công nhân và cư dân ở các khu vực xung quanh có nguy cơ bị ngộ độc chì.

EPA (Cơ quan Bảo vệ Môi trường) đã áp dụng các hướng dẫn nghiêm ngặt trong việc tái chế pin axit chì tại Hoa Kỳ. Các nhà máy tái chế phải được niêm phong và các ống khói phải được lắp máy lọc. Để kiểm tra khả năng thoát ra của các hạt chì, chu vi nhà máy phải được bao quanh bằng các thiết bị theo dõi chì. Các quy tắc chắc chắn sẽ bị phá vỡ và pin sẽ sớm được đưa đến Mexico và các nước đang phát triển khác với các quy định được nới lỏng. Trung Quốc, quốc gia dẫn đầu về sản xuất pin axit chì, cũng đã hành động để bảo vệ môi trường bằng cách đưa ra các hướng dẫn nghiêm ngặt mà chỉ các công ty có uy tín mới có thể đáp ứng được.

Tái chế pin Niken

Pin gốc niken cũng có thể được tái chế và các vật liệu thu hồi được là sắt và niken, được sử dụng trong sản xuất thép không gỉ. Niken-kim loại-hydride (NiMH) mang lại lợi nhuận cao nhất về niken và với nguồn cung dồi dào, tái chế được cho là có lợi nhuận. Nhu cầu thấp về cadmium đã làm giảm lợi nhuận từ việc tái chế pin NiCd. Pin Li-ion đang tăng nhanh về số lượng nhưng vật liệu có giá trị khó thu hồi. Điều này làm cho Li-ion kém hấp dẫn hơn để tái chế và có thể không đạt được điểm hòa vốn về mặt tài chính nếu không có trợ cấp.

Tái chế pin Lithium-ion

Chi phí thực sự để sản xuất pin Li-ion không nằm ở nguyên liệu thô, như trường hợp của axit chì và NiMH, mà nằm ở quá trình xử lý và tinh chế kéo dài của nguyên liệu thô để đạt đến cấp độ sạch để sản xuất pin. Việc thu hồi lithium chỉ ở mức 3 %hỗn hợp pin có thể không bao giờ đạt đến mức hòa vốn. Nếu độ tinh khiết của lithium dưới 99,5 %, thì nó không phù hợp làm nguyên liệu thô cho pin. Khai thác nguyên liệu thô thường rẻ hơn so với thu hồi từ quá trình tái chế. Lithium từ pin tái chế thường được sử dụng cho các ứng dụng không phải pin.

Công nghệ tái chế trực tiếp pin lithium-ion (Direct recycling technologies) có thể cung cấp giải pháp tinh chế Li-ion đã qua sử dụng thành vật liệu cathode và anode có giá trị cao. Tái chế trực tiếp có thể trở nên có lợi nhuận nếu công nghệ này có thể được phát triển để xử lý trên quy mô lớn khi pin EV khối lượng lớn sắp hết hạn sử dụng. Tái chế trực tiếp được cho là sạch hơn so với các phương pháp cũ làm tan chảy kim loại.

 

KẾT LUẬN

Mục tiêu chính của việc chế tạo pin tốt là tuổi thọ cao, an toàn và giá thành thấp. Tái chế là một việc được cân nhắc sau cùng và các nhà sản xuất không làm gì nhiều để đơn giản hóa việc thu hồi kim loại quý. Hoạt động tái chế nhỏ so với ngành công nghiệp pin rộng lớn và cho đến ngày nay, chỉ có axit chì mới có thể được tái chế có lãi.

Pin gốc niken có thể kiếm được tiền với hậu cần tốt, nhưng Li-ion và hầu hết các hóa chất khác tạo ra quá ít kim loại quý để biến việc tái chế thành một hoạt động kinh doanh khả thi mà không cần trợ cấp. Chi phí lớn nhất đối với pin hiện đại không phải là nguyên liệu thô, như với axit chì, mà là quá trình chuẩn bị, tinh chế và xử lý kéo dài xuống đến cấp độ micro và nano. Tuy nhiên, pin chứa vật liệu có giá trị có thể được tái sử dụng cho các sản phẩm mới.

Để tái chế khả thi trong thời gian chờ đợi, các khoản trợ cấp được tạo ra bằng cách thêm thuế vào mỗi gói được bán. Mục tiêu không chỉ dừng lại ở việc thu hồi kim loại để tái sử dụng mà còn ngăn chặn pin độc hại xâm nhập vào bãi chôn lấp. Kết hợp lợi ích về môi trường với việc tạo ra lợi nhuận là mục tiêu cuối cùng và điều này có thể khả thi với các quy trình tái chế mới sáng tạo đang được phát triển.

Một mô hình khác là phân loại pin thành các nhóm, Pin có dung lượng 80 % trở lên có thể tái sử dụng một vòng đời thứ hai. Các cell và mô-đun của hệ thống pin lớn hơn có thể được kiểm tra riêng lẻ và lắp ráp lại trong một khối mới (Xem Pin tháo khối và vòng đời lần 2)