Sự thật "bẩn" về "pin sạch": câu chuyện không hoàn hảo của năng lượng tái tạo

Cuộc cách mạng năng lượng, chuyển đổi từ năng lượng truyền thống sang nguồn năng lượng tái tạo không hoàn hảo như chúng ta vẫn nghĩ. Để phục vụ cho nhu cầu năng lượng mới, con người đồng thời cũng gia tăng nhu cầu sử dụng tài nguyên nhiên nhiên, đặc biệt là đối với kim loại.

Một cuộc cách mạng năng lượng là cần thiết để tránh những hậu quả tồi tệ của hiện tượng biến đổi khí hậu. Theo đó, chúng ta có thể thay thế năng lượng hóa thạch bằng những nguồn năng lượng sạch hơn, không chứa carbon, thay thế những loại phương tiện sử dụng nhiên liệu hóa thạch bằng các loại xe điện sạch. Tuy nhiên, chuyện không chỉ đơn giản như vậy.

Để tương lai năng lượng sạch trở thành hiện thực, chúng ta cần đến rất nhiều pin: pin để sạc xe điện, pin dể lưu trữ năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Trong báo cáo mới đây, các nhà nghiên cứu Đại học công nghệ Sydney cảnh báo, nhu cầu về pin tăng có khả năng sẽ làm tăng nhu cầu về kim loại sử dụng để chế tạo các loại pin xanh, cũng như các tua bin gió và các tấm pin mặt trời (thường vẫn được lắp đặt trên mái nhà).

Sự phát triển của công nghệ xanh có thể sẽ kéo theo sự bùng nổ về nhu cầu nguyên vật liệu, ít nhất là trong ngắn hạn. Hay nói cách khác, để có được thành tựu cho một tương lai xanh, chúng ta không thể không trả giá.

Earther Sampat, giám đốc chương trình khai thác tại Earthworks (một tổ chức về môi trường), trong một báo cáo mới đây, đã nói với tờ Earth rằng "Hiện nay, cộng đồng đều biết tới những ảnh hưởng của khai thác khoáng sản lên môi trường, xã hội và cả quyền con người. Thật khó để hạn chế được những tác động này mà vẫn đạt được lợi ích."

Tương tự như phần lớn điện thoại thông minh và máy tính, cơ sở hạ tầng phục vụ nguồn năng lượng công nghệ cao của tương lai đòi hỏi nhiều loại kim loại và hóa chất trên khắp hành tinh. Pin lithium-ion được sử dụng trong các loại xe điện (EV) và các thiết bị lưu trữ năng lượng không chỉ dùng mỗi lithium mà thường cần có thêm coban, mangan và niken nữa. Nguyên liệu chế tạo động cơ xe điện cũng như các máy phát điện nam châm vĩnh cửu bên trong các tua bin gió chính là đất hiếm. Các tấm pin mặt trời thì tiêu tốn một lượng lớn tài nguyên tellurium và gallium, cùng với bạc và indium. Hầu hết công nghệ tái tạo trên thế giới đều cần đến sự hiện diện của đồng và nhôm.

Một khi các loại hình công nghệ phát triển, con người sẽ càng trở nên "khát" tài nguyên. Trên thực tế, điều này đã được biết tới nhiều năm nay, báo cáo mới đây chỉ làm rõ vấn đề bằng cách đưa ra dự báo về nhu cầu sử dụng dự kiến đối với 14 loại kim loại quan trọng, nếu như chúng ta muốn giảm thiểu sự nóng lên toàn cầu, đúng với cam kết 1.5 độ C tại Thỏa thuận chung Paris, bằng cách chuyển sang sử dụng năng lượng tái tạo 100% vào khoảng giữa thế kỷ này. Mục tiêu này là "hết sức tham vọng", khi mà năm 2050 được kỳ vọng, năng lượng sử dụng sẽ chủ yếu dựa vào gió và mặt trời, phần nhỏ còn lại sẽ đến từ địa nhiệt, thủy điện và một số công nghệ khác. Ngành giao thông vận tải cũng hy vọng sẽ chuyển đổi hoàn toàn sang sử dụng nguồn năng lượng tái tạo, với hơn nửa số xe ô tô chạy pin điện (battery-driven electric) hoặc lai điện (plug-in hybrid).

Một mẫu xe điện của Tesla

Từ góc độ môi trường, tương lai này nghe có vẻ khá tuyệt vời. Tuy nhiên, nó cũng đặt ra những thách thức đáng ngại về mặt tài nguyên nguyên vật liệu.

Theo tác giả của báo cáo, nhu cầu hàng năm về lithium, cũng như neodymium và dysprosium trong đất hiếm, dùng cho pin và động cơ EV, sẽ vượt quá năng lực sản xuất trong hiện tại vào năm 2022. Gia tăng sản xuất pin cũng làm tăng nhu cầu sử dụng coban và niken so với hiện tại vào thời điểm những năm 2030. Trong khi đó, nhu cầu sử dụng tellurium cho pin mặt trời sẽ đạt đỉnh vào cuối những năm 2020 và giữa năm 2030.

Ngay cả trong những kịch bản lạc quan nhất, điều này cũng ngày càng trở nên tồi tệ hơn vào giữa thế kỷ tới. Nhu cầu coban trong ngành pin dự kiến sẽ vượt quá lượng dự trữ hiện được biết đến trên trái đất, nhu cầu về Lithium cũng đạt tới 86% quặng đang có, hoặc hơn. Điều đó không đồng nghĩa với việc những kim loại này sẽ cạn kiệt hoàn toàn, lượng dự trữ được biết đến chỉ đơn giản là những quặng đang được khai thác kinh tế và chúng có thể thay đổi theo thời gian. Tuy nhiên, nó làm nổi bật nhu cầu khổng lồ của loài người với nguyên liệu kim loại trong thập kỷ tiếp theo. Việc khai thác các quặng mới dường như là không thể tránh khỏi, đặc biệt là đối với lithium và coban.

Những con số dự báo trong các báo cáo không gây ngạc nhiên cho David Abraham, một thành viên cao cấp tại tổ chức New America, người đã viết một cuốn sách về kim loại hiếm nói về vai trò của bùng nổ công nghệ sạch trong việc định hình rủi ro cung ứng nguyên liệu tương lai. Theo Abraham, thật ra chính xác chúng ta muốn ở công nghệ xanh là sự nhẹ nhàng và mạnh mẽ, muốn sản phẩm hoạt động hiệu quả nhất, chúng ta muốn những thứ mà các loại vật liệu trên có thể đáp ứng. Đó là lý do vì sao chúng ta trở nên phụ thuộc vào một số kim loại cụ thể khi chế tạo sản phẩm, và vì sao những kim loại này lại luôn không dễ đàng thay thế.

Riêng đối với pin, có một cách để bù đắp được lượng nhu cầu gia tăng đối với kim loại chính là tăng cường khả năng tái chế, song, cách này mới chỉ được thực hiện trên quy mô nhỏ. Clare Church, một nhà khoa học của Viện phát triển bền vững quốc tế (IISD), người gần đây có viết một báo cáo về đề tài tái chế coban và lithium cho biết "Tỷ lệ tái chế pin lithium hiện rất thấp, mặc dù ai cũng biết đó là một giải pháp."

Hai trong số những lý do chính là hạn chế về mặt công nghệ và hạn chế về mặt quy định pháp lý. Phát triển cơ sở hạ tầng để thu thập và trích xuất kim loại từ pin đã qua sử dụng đòi hỏi nỗ lực đáng kể. Chính phủ cần chỉ định rõ ràng đối tượng chịu trách nhiệm xử lý và đặt ra các mục tiêu. Tự thân doanh nghiệp thường hiếm khi có những đầu tư tái chế ban đầu. Mặc dù theo trang Reuters, công việc tái chế lithium và coban có thể là một cơ hội kinh tế đáng kể, mang lại tới 23 tỷ đô vào năm 2025.

Hiện nay, một số công ty đã bắt đầu nhận ra cơ hội. Tuần vừa rồi, Tesla công bố phát triển một hệ thống tái chế pin tại nhà máy Gigafactory 1. Theo đó, đây sẽ là nơi xử lý cả các phế liệu có trong quá trình sản xuất pin và pin thành phẩm không còn sử dụng được, với mục tiêu thu hồi lại lượng kim loại trong pin. Trong khi đó, công ty kim loại American Mangan hợp tác với Viện Vật liệu và Năng lượng để tái chế pin, gần đây, đã cấp bằng sáng chế cho công nghệ chiết xuất hiệu quả tất cả kim loại có trong cực âm của pin lithium-ion, bao gồm cả lithium, thứ chưa từng được tái chế thành công trước đó.

Nói về thị trường tái chế kim loại đã qua sử dụng đầy tiềm năng, CEO của American Manganese, Larry Reaugh cho biết: "Đó là điều tuyệt vời nhất tôi từng có".

Bên cạnh việc trích xuất kim loại từ pin, chúng ta cần suy nghĩ đến việc tái sử dụng pin trước khi tái chế chúng, đặc biệt là loại pin sử dụng trong xe hơi. Nhiều loại trong số chúng khi hết tuổi thọ, vẫn còn giữ rất nhiều năng lượng. Pin EV ngay cả khi bị cháy đến mức không còn an toàn để sử dụng trong xe hơi, nó vẫn có thể được ứng dụng tốt trong tình huống khác, ví dụ như lưu trữ năng lượng sử dụng cho hộ gia đình.

Với một số công nghệ, như pin mặt trời PV, chúng ta có thể giảm lượng kim loại hiếm thông qua việc tăng hiệu quả sử dụng. Trên quy mô lớn, loại pin dùng lưu trữ năng lượng gió và mặt trời có thể thay bằng một loại sản phẩm công nghệ mới nổi khác, còn được gọi với tên "pin dòng chảy vanadi".

Nhưng ngay cả khi có nhiều đột phá về công nghệ và phương pháp tái chế, viễn cảnh pin và nguồn năng lượng tái tạo mới làm thúc đẩy khai thác quặng vẫn có khả năng xảy ra, đặc biệt là trong tương lai gần. Nếu các ngành khai thác mỏ có bất cứ biến động chỉ số nào, hậu quả đến con người và môi trường là khó tránh khỏi.

Nhiều nhà sản xuất pin lithium ion đã thêm coban để cải thiện hiệu năng. Ngày nay, gần 60% coban nguồn gốc từ Cộng hòa Dân chủ Congo. Ngành công nghiệp khai thác coban tại đây góp phần không nhỏ làm tồi tệ thêm tình trạng ô nhiễm trên trái đất. Kim loại nặng qua khai thác và nấu chảy ngấm dần vào không khí, đất và nước. Khai thác coban cũng làm gia tăng các hành vi vi phạm nhân quyền, bao gồm việc sử dụng lao động trẻ em, hay buộc các công nhân khai thác phải làm việc trong điều kiện nguy hiểm.

Một mỏ khai thác Coban ở Cộng hòa dân chủ Congo

Hoặc như lithium, kim loại được khai thác chủ yếu ở vùng tam giác lithium giữa Argentina, Bolivia và Chile. Mặc cho những mỏ kim loại này có vẻ như được quản lý giá tốt, sự hiện diện của ngành công nghiệp khai thác đã làm dấy lên lo ngại về ô nhiễm nguồn nước và sự xung đột với người dân địa phương. Trong ví dụ khác, một nhà máy niken ở Úc đã từng phải đóng cửa sau khi bị phát hiện thải chất thải độc lên rạn san hô Great Barrier. Năm ngoái, nhà máy này đã lại được mở cửa trở lại trong bối cảnh nhu cầu về niken tăng cao bởi ngành EV.

Không phải từ những ví dụ trên mà cuộc cách mạng ngành năng lượng sạch không nên diễn ra, mà một khi phát sinh nhu cầu, chúng ta cần khai thác một cách có trách nhiệm với thiên nhiên và cộng đồng.

Theo Payal Sampat, mục tiêu tổng thể của bản báo cáo là gợi mở cho các bên liên quan, từ các nhà hoạch định chính sách đến những đơn vị thu mua khoáng sản, nhằm đảm bảo họ có trách nhiệm hơn. Bà cho biết khi trao đổi với những nhà khoa học trong giới năng lượng tái tạo, rất nhiều người trong số họ thực sự tin rằng họ đang cứu thế giới. Sau đó, họ rất bất ngờ trước thông tin này và đã thay đổi suy nghĩ.

Để ứng phó với biến đổi khí hậu, chúng ta buộc phải có những hành động thay đổi nhanh chóng. Nhân loại đang đứng giữa cuộc khủng hoảng cả về mặt khí hậu và mặt khai thác tài nguyên. Và chúng ta không có nhiều thời gian để giải quyết triệt để tất cả các vấn đề cùng lúc.

Shirley