Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Trong hai thập kỷ qua, pin lithium-ion (LIBs) đã trở thành công nghệ lưu trữ năng lượng chủ đạo, ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực từ điện thoại, máy tính xách tay, cho đến xe điện (EVs) và hệ thống lưu trữ năng lượng tái tạo. Tuy nhiên, sự bùng nổ này cũng đặt ra thách thức lớn: một khối lượng khổng lồ pin thải đang và sẽ xuất hiện trong thập kỷ tới do tuổi thọ trung bình của pin chỉ từ 5–10 năm.

Các pin đã qua sử dụng chứa nhiều kim loại quý hiếm như lithium (Li), cobalt (Co), nickel (Ni) và mangan (Mn) – những nguyên liệu chiến lược trong ngành công nghiệp năng lượng. Đồng thời, chúng cũng chứa chất điện giải hữu cơ dễ cháy, độc hại, nếu xử lý sai cách có thể gây cháy nổ, rò rỉ kim loại nặng ra môi trường, tác động xấu đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Do đó, tái chế pin lithium-ion không chỉ mang ý nghĩa môi trường, mà còn là một mắt xích quan trọng trong an ninh năng lượng và phát triển kinh tế tuần hoàn.

Một số phương pháp tái chế hiện nay

Luyện kim nhiệt (Pyrometallurgy): Đây là phương pháp thương mại hóa đầu tiên, trong đó pin được nung chảy ở nhiệt độ cao (hơn 1.000°C) để thu hồi cobalt, nickel và đồng. Ưu điểm của phương pháp này là quy trình đơn giản, có thể xử lý hỗn hợp nhiều loại pin. Tuy nhiên, hạn chế là tốn năng lượng, phát thải CO₂, và thường không thu hồi được lithium.

Luyện kim ướt (Hydrometallurgy): Phương pháp này dùng dung môi axit (H₂SO₄, HCl, HNO₃) hoặc dung môi hữu cơ để hòa tan kim loại, sau đó tách chiết bằng kết tủa, dung môi chiết hoặc điện phân. Ưu điểm của phương pháp là hiệu suất thu hồi cao, có thể tái chế cả lithium. Hạn chế là tạo ra lượng lớn nước thải axit cần xử lý, làm tăng chi phí môi trường.

Tái chế trực tiếp (Direct recycling): Thay vì phân giải hoàn toàn, phương pháp này giữ lại cấu trúc tinh thể của điện cực, chỉ phục hồi thành phần hóa học và bề mặt. Do đó, ưu điểm của phương pháp là giữ nguyên hiệu suất điện hóa, tiết kiệm năng lượng, chi phí thấp. Tuy nhiên, quy trình phức tạp nên chưa có mô hình thương mại hóa quy mô lớn.

Xu hướng nghiên cứu mới

Tái chế sinh học (bioleaching): Sử dụng vi khuẩn oxy hóa (như Acidithiobacillus ferrooxidans) để tách cobalt, nickel và lithium. Phương pháp này xanh và ít phát thải, nhưng tốc độ xử lý còn chậm.

Số hóa và AI: Ứng dụng trí tuệ nhân tạo để dự đoán tuổi thọ pin, tối ưu quy trình tháo rời và thiết kế chuỗi cung ứng tái chế.

Thiết kế pin dễ tái chế (Design for Recycling): Phát triển pin với cấu trúc dễ tháo rời, ít thành phần độc hại, tạo thuận lợi cho tái chế.

Hybrid recycling: Kết hợp nhiều công nghệ (ví dụ hydrometallurgy + direct recycling) để cân bằng giữa hiệu suất và chi phí.

Thách thức và triển vọng

Những thách thức chính trong quá trình tái chế pin hiện nay bao gồm quy mô thương mại còn hạn chế, khi phần lớn các công nghệ mới, đặc biệt là tái chế trực tiếp, vẫn dừng ở mức nghiên cứu phòng thí nghiệm. Hệ thống thu gom pin thải chưa được tổ chức đồng bộ, dẫn đến lẫn tạp chất và làm tăng chi phí xử lý. Bên cạnh đó, nhiều công nghệ thân thiện với môi trường nhưng chi phí cao, chưa tạo được sức hút đối với nhà đầu tư. Khung pháp lý, đặc biệt là chính sách “trách nhiệm mở rộng của nhà sản xuất (EPR)”, ở nhiều quốc gia còn chưa hoàn thiện, khiến doanh nghiệp thiếu động lực tham gia. Ngoài ra, sự đa dạng về thành phần hóa học của các loại pin (như NMC, LFP, NCA…) cũng đặt ra yêu cầu về quy trình tái chế linh hoạt và thích ứng cao.

Trong tương lai gần, tái chế pin lithium-ion sẽ không chỉ tập trung vào việc thu hồi kim loại, mà còn hướng tới xây dựng một hệ sinh thái bền vững và khép kín hơn. Mục tiêu là hình thành chuỗi giá trị khép kín từ sản xuất, sử dụng, tái chế đến tái sản xuất; qua đó giảm sự phụ thuộc vào nguồn tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là lithium và cobalt. Đồng thời, hoạt động tái chế sẽ góp phần thúc đẩy kinh tế tuần hoàn, biến rác thải pin thành “mỏ đô thị” cung cấp nguyên liệu cho thế hệ pin mới. Xa hơn, việc phát triển các khu công nghiệp tích hợp giữa tái chế – sản xuất pin – lắp ráp xe điện sẽ tạo nên một hệ sinh thái công nghiệp xanh, hướng tới mục tiêu phát triển bền vững.

Kết luận       

Tái chế pin lithium-ion vừa là thách thức lớn, vừa là cơ hội chiến lược cho nhân loại trong tiến trình chuyển đổi sang năng lượng sạch. Sự phát triển của các công nghệ tiên tiến, kết hợp với chính sách quản lý hiệu quả và hợp tác quốc tế chặt chẽ, sẽ đóng vai trò then chốt trong việc xây dựng nền kinh tế tuần hoàn bền vững. Quan trọng hơn, tái chế cần được nhìn nhận không chỉ như một giải pháp xử lý rác thải, mà còn là cách khai thác nguồn tài nguyên thứ cấp quý giá, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng, giảm phát thải carbon và bảo vệ hành tinh cho các thế hệ tương lai.

Nguồn : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479725024880?via%3Dihub#abs0020