Tại sao tái chế không phải là tấm vé vàng cho các khoáng sản quan trọng vô tận
Tái chế các khoáng chất quan trọng hơn là quan trọng, nhưng nó sẽ không tạo ra đủ nguồn cung để đáp ứng nhu cầu chuyển đổi năng lượng đang bùng nổ.
Cách thủ đô Oslo vài km, trong một khu thương mại sang trọng bên bờ vịnh hẹp Oslo, là trụ sở của một công ty tuyên bố đã tìm ra giải pháp công nghệ sạch mới sẽ cách mạng hóa quá trình chuyển đổi năng lượng.
Fredrik Mowill, người sáng lập kiêm Giám đốc điều hành, cho biết: “Những gì chúng tôi có là một khái niệm mới đã được cấp bằng sáng chế cho phép chúng tôi sản xuất hydro xanh bằng cách sử dụng điện phân PEM nhưng trong một quy trình ít tốn năng lượng hơn, ít tốn kém hơn và an toàn hơn nhiều so với tiêu chuẩn hiện tại”. của Hystar, công ty khởi nghiệp hydro tái tạo đang được đề cập.
Công ty đã thiết kế một loại máy điện phân mới, sử dụng màng có độ dày bằng 1/10 so với màng điện phân tiêu chuẩn. Nó cũng thông gió cho buồng điện phân để giảm nguy cơ hydro và oxy trộn lẫn với nhau, có thể gây nổ.
Nhôm nóng chảy đổ ra khỏi lò tại nhà máy tái chế nhôm Constellium, Biesheim, miền đông nước Pháp. (Ảnh của Sebastien Bozon/AFP qua Getty Images)
Hystar đã nhận được khoản đầu tư lớn từ những gã khổng lồ công nghiệp Nhật Bản Mitsubishi và Nippon Steel, đồng thời đã hợp tác với gã khổng lồ dầu mỏ Equinor và nhà sản xuất phân bón Yara trong một dự án thí điểm. Mowill nói: “Sức mạnh của chúng tôi là chúng tôi có một khái niệm đơn giản không liên quan đến các vật liệu mới hoặc quy trình sản xuất mới.
Một điểm mạnh công nghệ quan trọng khác của Hystar là quản lý vật liệu tuần hoàn, được ưu tiên ngay từ đầu để giúp quản lý vấn đề luôn nhức nhối về nguồn cung cấp khoáng chất quan trọng – và đặc biệt là kim loại iridi, được sử dụng để làm cực dương trong máy điện phân PEM nhưng chỉ được khai thác với khối lượng khoảng 8 tấn mỗi năm.
Mowill cho biết: “Điều mà chúng tôi đang làm ngay từ đầu là tái chế bạch kim và iridi, vốn không phải là trọng tâm chính trong ngành của chúng tôi cho đến bây giờ. “Chúng tôi đang tái chế một tỷ lệ bạch kim và iridi rất cao và có thể thu hồi hơn 90%.” Công ty đã và đang làm việc này với sự cộng tác của nhà đầu tư là Tập đoàn Mitsubishi, một trong những nhà kinh doanh kim loại nhóm bạch kim (PGM) lớn nhất trên thế giới, đồng thời sử dụng tái chế PGM trong công việc của họ với các công ty trong ngành công nghiệp ô tô, với chất xúc tác bộ chuyển đổi.
Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), sự quý hiếm và giá trị cao của PGM trong các thành phần điện và bộ chuyển đổi xúc tác có nghĩa là việc tái chế PGM đã trở thành thói quen, với tỷ lệ tái chế khoảng 60%. Khi nhu cầu tăng lên trong quá trình chuyển đổi năng lượng, có các nguồn PGM thứ cấp khác – ví dụ như bugi đánh lửa cao cấp – hiện chưa được khai thác để lấy kim loại do nồng độ PGM thấp.
Đổi mới để đáp ứng các mối quan tâm khoáng sản quan trọng
Các nhà hoạch định chính sách có mối quan tâm đúng đắn về nguồn cung cấp khoáng sản quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng. Mô hình dữ liệu của IEA cho thấy nhu cầu về lithium trong các công nghệ năng lượng sạch sẽ tăng hơn 40 lần từ năm 2020 đến năm 2040 trong một kịch bản mà thế giới đáp ứng các mục tiêu về khí hậu theo Thỏa thuận Paris. Nhu cầu coban, than chì và niken sẽ tăng khoảng 20 lần, trong khi nhu cầu mangan và đất hiếm sẽ tăng gần 10 lần.
Căng thẳng địa chính trị gia tăng đang làm trầm trọng thêm mối lo ngại về an ninh nguồn cung ở phương Tây, trong bối cảnh những thập kỷ gần đây Trung Quốc đã phát triển để thống trị cả nguồn cung và chế biến các khoáng sản quan trọng. David Livingstone, thành viên của Chương trình An ninh Quốc tế tại tổ chức tư vấn Chatham House, cho biết cả EU và Hoa Kỳ hiện đã có các khuôn khổ chính sách mở rộng để tái định cư các nguồn cung cấp khoáng sản, “nhưng họ đã thức tỉnh rất chậm”.
Đã có tiền lệ về việc Trung Quốc sử dụng sự thống trị của mình đối với các nguồn cung cấp khoáng sản quan trọng để làm đòn bẩy địa chính trị: Năm 2011, nước này đã buộc Nhật Bản phải nhượng bộ trong tranh chấp Biển Đông sau khi đột ngột cắt xuất khẩu kim loại đất hiếm sang nước này, một nhóm khoáng sản mà Trung Quốc hiện đang kiểm soát 90% sản lượng của thế giới.
Corby Anderson từ Trường Mỏ Colorado, một trường đại học nghiên cứu công lập, cho biết: “Nhu cầu về khoáng sản quan trọng sẽ rất lớn và bên ngoài Trung Quốc, phần còn lại của thế giới sẽ phải vật lộn để lấp đầy khoảng trống này”. “Tái chế sẽ rất quan trọng nhưng khoảng trống không thể được lấp đầy bởi các nguồn thứ cấp.”
Có nhiều lý do để hy vọng rằng việc tái chế có thể thúc đẩy nguồn cung cấp khoáng sản quan trọng. Christina Meskers từ công ty nghiên cứu SINTEF cho biết hầu hết các kim loại đều có khả năng được tái chế “mà chất lượng không bị ảnh hưởng”. Điều này có nghĩa là một khi có một khối lượng lớn vật liệu trong hệ thống và các công nghệ cũng như cơ sở vật chất tái chế được phát triển đầy đủ, thì thế giới cũng sẽ nhận được nguồn cung từ tái chế.
Không chỉ PGM hiện có tỷ lệ tái chế đáng kể: vàng, niken, bạc, đồng và nhôm là một trong số các kim loại hiện có tỷ lệ tái chế toàn cầu hơn 40%, theo Hiệp định.
đến IEA.
Theo Ngân hàng Thế giới, một số quốc gia đã có tỷ lệ tái chế nhôm trên 90%, cho thấy rằng với chính sách nâng cao, tình hình có thể được cải thiện đáng kể. Nhôm không chỉ là thành phần quan trọng trong các công nghệ như điện mặt trời, mà việc tránh nấu chảy nhôm thông qua tái chế cũng cực kỳ có lợi cho môi trường vì chỉ riêng việc nấu chảy đã tạo ra khoảng 3% lượng khí thải toàn cầu.
Theo những người trong cuộc, đổi mới trong tái chế khoáng chất quan trọng đang phát triển mạnh với các công nghệ phân loại chất thải dựa trên cảm biến đang được phát triển bởi các công ty như STEINERT và các công ty như Redwood Materials và Li-Cycle nhận được hàng tỷ đô la tài trợ công ở Hoa Kỳ để đổi mới trong lĩnh vực tái chế pin .
Jeffrey S Spangenberger, trưởng nhóm tái chế kim loại tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne ở Hoa Kỳ cho biết: “Khi tôi bắt đầu tham gia lĩnh vực này bảy năm trước, việc tái chế pin là một công việc kinh doanh khá nhỏ. “Hiện tại, mặc dù có những hội nghị tái chế pin chật kín người và chính phủ Hoa Kỳ cũng tham gia vào vụ việc, nhưng thực tế là chúng tôi không có đủ nguyên liệu để khai thác trong nước nhằm đáp ứng nhu cầu của quá trình chuyển đổi năng lượng.”
Rào cản kỹ thuật đối với tái chế khoáng sản quan trọng
Tuy nhiên, tái chế sẽ không phải là thuốc chữa bách bệnh đối với các mối quan tâm quan trọng về khoáng sản. Lý do chính cho điều này là sẽ không có đủ nguyên liệu thứ cấp để đáp ứng một phần đáng kể nhu cầu nguyên liệu.
Spangenberger cho biết: “Ngay bây giờ, chỉ một số ít xe điện [EVs] và pin đã hết tuổi thọ. “Sẽ mất vài thập kỷ cho đến khi chúng ta đạt đến điểm có nguồn nguyên liệu thứ cấp thực sự đáng kể.”
Các nhà phân tích của Ngân hàng Thế giới đã lập mô hình tỷ lệ kim loại có thể đến từ các nguồn tái chế vào năm 2050 nếu được tái chế 100% khi hết hạn sử dụng. Nhôm, đồng và niken sẽ có nguồn cung cấp thứ cấp đáp ứng khoảng 60% nhu cầu.
Trong thời gian chờ đợi, nguồn cung đáng kể vẫn phải đến từ các nguồn chính (cho đến khi hoạt động tái chế có thể đóng góp) – và trong bất kỳ trường hợp nào, mặc dù về mặt lý thuyết là điều thú vị, nhưng việc tái chế 100% là tình huống mà Meskers khẳng định là “không thể xét về mặt kỹ thuật và hóa học tầm nhìn”.
Ngoài ra còn có một số rào cản công nghệ nghiêm trọng để tăng tỷ lệ tái chế của một số kim loại. Ví dụ, 15 nguyên tố tạo nên nhóm kim loại đất hiếm chỉ có tỷ lệ tái chế toàn cầu khoảng 1%. Những kim loại này thường được pha trộn với các khoáng chất khác để tạo ra những thứ như nam châm và màn hình cảm ứng, và việc tách chúng theo truyền thống liên quan đến các hóa chất nguy hiểm như axit clohydric và rất nhiều nhiệt.
Việc trích xuất và tái sử dụng lithium từ pin cũng cực kỳ tốn công và tốn kém, vì có rất nhiều định dạng pin thường cần phải được chia nhỏ theo cách thủ công. Livingstone của Chatham House cho biết: “Chi phí của quá trình này có nghĩa là nó thường xảy ra ở những nơi có nguồn nhân lực rẻ, điều này làm dấy lên những lo ngại khác về ESG [môi trường, xã hội và quản trị]”.
Công ty nghiên cứu Wood Mackenzie gần đây đã mô tả tái chế kim loại làm pin là một thách thức dường như "không thể vượt qua", liên quan đến "quy trình tái chế tẻ nhạt với ít giá trị". Spangenberger đồng tình rằng nguyên liệu thô của pin sơ cấp hiện “tiết kiệm chi phí hơn nhiều” so với việc cố gắng chiết xuất chúng từ nguyên liệu thứ cấp.
Một tài sản hữu ích, nhưng không phải là thuốc chữa bách bệnh
Tái chế sẽ không loại bỏ nhu cầu về nguồn cung cấp kim loại sơ cấp mới khi nhu cầu bùng nổ trong quá trình chuyển đổi năng lượng, nhưng nếu tỷ lệ được cải thiện đối với các kim loại dễ tái chế hơn và công nghệ cải thiện đối với các vật liệu khó tái chế hơn, thì điều đó sẽ chứng minh trở thành một tài sản hữu ích.
Patrick Molloy từ think tank RMI cho biết: “Chính sách sẽ khuyến khích công nghệ và đổi mới để đưa ra các giải pháp tuần hoàn tốt hơn, tiết kiệm chi phí hơn. “Cuối cùng, chúng ta sẽ thấy mức độ tuần hoàn cao hơn nhờ chuỗi giá trị đó được công nhận.”
Các chiến lược tuần hoàn khác cũng có thể giúp củng cố nguồn cung cấp khoáng sản quan trọng, bao gồm giảm nhu cầu về công nghệ mới bằng cách thúc đẩy các chiến lược như sử dụng năng lượng hiệu quả hoặc khuyến khích giao thông công cộng, cũng như kéo dài tuổi thọ của các sản phẩm như pin xe điện vẫn còn khoảng 80% công suất khi hết hạn sử dụng và có thể dễ dàng được sử dụng trong các ứng dụng ít tiêu tốn năng lượng hơn.
Một báo cáo năm 2022 của tổ chức phi chính phủ WWF đã mô hình hóa rằng việc tăng cường quản lý vật liệu bằng các kỹ thuật nói trên – cũng như tái chế – có thể giảm hơn 50% nhu cầu vật liệu tổng thể từ nay đến năm 2050.
Các nhà khoa học khí hậu hiện nay đều chấp nhận rộng rãi rằng bạn không thể hy vọng đạt được số không ròng mà không đồng thời đạt được chất thải gần như bằng không. Meskers nói: “Những vấn đề này đan xen vào nhau. “Bạn cần năng lượng để cung cấp năng lượng cho nền kinh tế tuần hoàn và bạn cần nguyên liệu để kích hoạt quá trình chuyển đổi năng lượng.” Ngay cả khi tái chế không thể một mình giải quyết vấn đề khoáng sản quan trọng, nó sẽ vẫn là một lĩnh vực trọng tâm cơ bản, nếu thế giới trung thành với mục tiêu của nó giải quyết khủng hoảng khí hậu và sinh thái.
