Tăng cường sản xuất than chì trong nước có thể hỗ trợ quá trình chuyển đổi năng lượng xanh

Tăng cường sản xuất than chì trong nước có thể hỗ trợ quá trình chuyển đổi năng lượng xanh

    Tăng cường sản xuất than chì trong nước có thể hỗ trợ quá trình chuyển đổi năng lượng xanh
    bởi Đại học Tây Bắc

    Ramping up domestic graphite production could aid the green energy transition


    Trừu tượng đồ họa. Khoa học & Công nghệ Môi trường (2023). DOI: 10.1021/acs.est.2c08655


    Do tầm quan trọng ngày càng tăng của than chì trong các công nghệ lưu trữ năng lượng, một nhóm các nhà nghiên cứu Tây Bắc đã tiến hành một nghiên cứu tìm cách giảm sự phụ thuộc vào việc nhập khẩu khoáng sản có nhu cầu cao, cung cấp năng lượng cho mọi thứ từ xe điện (EV) đến điện thoại di động.

    Bài báo được xuất bản vào tuần trước (ngày 15 tháng 2) trên tạp chí Khoa học và Công nghệ Môi trường, là phân tích dòng nguyên liệu than chì tự nhiên và tổng hợp đầu tiên ở Hoa Kỳ và xem xét 11 ứng dụng sử dụng cuối cho than chì, hai giai đoạn quản lý chất thải và ba con đường tái chế.

    Kỹ sư hóa học Jennifer Dunn của Đại học Northwestern cho biết: “Nếu chúng tôi muốn sản xuất nhiều pin hơn trong nước, chúng tôi sẽ cần phải tăng sản lượng than chì”. "Nhưng câu hỏi đặt ra là, làm thế nào chúng ta có thể làm như vậy theo cách góp phần vào mục tiêu khử cacbon?"

    Dunn là phó giáo sư về kỹ thuật hóa học và sinh học tại Trường Kỹ thuật McCormick của Northwestern và là giám đốc của Trung tâm Kỹ thuật Bền vững và Khả năng phục hồi. Bài báo được đồng tác giả bởi Jinrui Zhang, người vào thời điểm bắt đầu nghiên cứu là một học giả sau tiến sĩ về kỹ thuật hóa học và sinh học; và Chao Liang, trước đây là thành viên của Viện Năng lượng và Bền vững Tây Bắc (ISEN). Cả hai đồng tác giả đều là cựu sinh viên của nhóm nghiên cứu của Dunn.

    Hoa Kỳ chủ yếu sử dụng than chì tổng hợp, được sản xuất từ các sản phẩm phụ của ngành công nghiệp nhiên liệu hóa thạch và tạo ra mối quan hệ nghịch lý giữa than chì và các công nghệ như xe điện (EV) nhằm mục đích loại bỏ chuỗi cung ứng nhiên liệu hóa thạch khỏi phương tiện giao thông và cắt giảm khí thải nhà kính.

    Mặt khác, than chì tự nhiên có nguồn gốc từ các mỏ và được nhập khẩu vào Hoa Kỳ chủ yếu từ Trung Quốc. Gần như tất cả than chì được sử dụng ở Hoa Kỳ đều đi vào các điện cực để sản xuất thép. Khi chuỗi cung ứng pin ở Hoa Kỳ phát triển mạnh mẽ, các biện pháp như Đạo luật Giảm lạm phát tìm cách khuyến khích sử dụng các vật liệu có nguồn gốc trong nước—bao gồm cả than chì—trong pin do Hoa Kỳ sản xuất.

    Do tầm quan trọng ngày càng tăng của than chì trong các công nghệ lưu trữ năng lượng như pin lithium-ion, nhóm đã thực hiện phân tích này để mô tả các lộ trình sản xuất chính của khoáng chất này, các công dụng chính và cơ hội giảm mức tiêu thụ thông qua tái chế. Dữ liệu từ năm 2018—khoảng thời gian gần đây nhất có đủ dữ liệu cho loại phân tích này—được sử dụng cho nghiên cứu.

    Hầu hết than chì được tiêu thụ ở Hoa Kỳ vào năm 2018 là than chì tổng hợp, với 63% lượng than chì này được sản xuất trong nước. Sản xuất than chì tổng hợp thải ra nhiều khí nhà kính hơn so với khai thác than chì tự nhiên (than chì tự nhiên có lượng khí thải nhà kính thấp hơn từ 62% đến 89%). Than chì tổng hợp cũng đắt hơn. Tuy nhiên, Hoa Kỳ không khai thác than chì tự nhiên mà nhập khẩu nó, chủ yếu từ Trung Quốc.

    Là vật liệu duy nhất dẫn điện bên cạnh kim loại, công dụng chính của than chì là làm điện cực trong sản xuất thép. Khi nhu cầu về thép các-bon thấp tăng lên, có thể tiêu thụ nhiều than chì hơn trong sản xuất điện cực. Trong quá trình luyện thép, than chì cháy và phân tán—giống như cách bút chì than chì bắt đầu biến mất khi bạn viết bằng chúng. Mặc dù không phải là không thể thu hồi than chì đã phân tán, nhưng điều đó hiếm khi xảy ra, làm giảm cơ hội thu hồi khoáng chất thông qua tái chế. Các công nghệ thu hồi than chì từ pin lithium-ion đang ngày càng hoàn thiện nhưng chưa phổ biến.

    Dunn nói rằng một phần trọng tâm vào các nguồn trong nước và tái chế các sản phẩm có chứa than chì như pin lithium-ion dựa trên sự bất ổn tiềm tàng của chuỗi cung ứng hiện tại và dự báo nhu cầu ngày càng tăng.

    Dunn cho biết: “Bạn có thể thu hồi một số than chì từ việc tái chế pin lithium-ion, nhưng pin sẽ tồn tại trong một thời gian, vì vậy có thể phải mất một thập kỷ trước khi bạn có thể lấy lại than chì từ những chiếc xe điện đã hết tuổi thọ”. "Tuy nhiên, chúng tôi cũng đang xây dựng nền kinh tế sinh học ở Hoa Kỳ và điều đó có thể bao gồm việc sản xuất than chì từ sinh khối. Điều này mở ra một lựa chọn cung cấp khác ngoài việc sản xuất than chì từ sản phẩm phụ của ngành nhiên liệu hóa thạch hoặc khai thác mỏ."

    Với việc thông qua Đạo luật giảm lạm phát năm 2022, nhiều nguồn tài trợ hơn sẽ chuyển sang sử dụng than chì có nguồn gốc và tái chế trong nước, đồng thời Dunn cho biết Hoa Kỳ cần sẵn sàng thực hiện thay đổi.

    Zalo
    Hotline