Làm thế nào để ôtô điện hoàn toàn sạch?

Loại phương tiện sử dụng năng lượng không phát thải cùng nhiều loại vật liệu xanh rất có lợi cho môi trường, đương nhiên không phải hoàn hảo.

Khắp nơi trên thế giới, các chính phủ và nhà sản xuất ôtô đang quảng bá xe điện như một công nghệ then chốt để hạn chế sử dụng dầu mỏ và chống lại biến đổi khí hậu. General Motors cho biết họ đặt mục tiêu ngừng bán ôtô con và xe tải nhẹ chạy xăng vào năm 2035 và sẽ chuyển hướng sang các mẫu xe chạy bằng pin điện. Volvo còn tiến nhanh hơn nữa và giới thiệu dòng sản phẩm thuần điện vào năm 2030.

Nhưng khi ôtô và xe tải chạy điện trở thành xu hướng chủ đạo, họ phải đối mặt với một câu hỏi dai dẳng: “liệu chúng có thực sự thân thiện như quảng cáo?”, The New York Times đặt vấn đề.

Mặc dù các chuyên gia đều đồng ý rằng xe cắm điện là một lựa chọn thân thiện với khí hậu hơn các phương tiện truyền thống, chúng vẫn có thể có những tác động riêng tới môi trường, tùy thuộc vào cách chúng được sạc và sản xuất. May mắn là có cách để giải quyết các vấn đề này.

Điện được tạo ra như thế nào?

Nói chung, ôtô điện có xu hướng tạo ít khí thải làm nóng Trái đất đáng kể so với hầu hết các xe chạy xăng. Nhưng vấn đề lại ở chỗ con người vẫn phụ thuộc rất nhiều vào việc đốt than đá để tạo ra điện sạc cho chúng. Vậy nên hệ thống lưới điện vẫn cần được tạo bằng phương pháp sạch hơn trước khi xe điện thực sự trở thành phương tiện không phát thải.

Một cách để so sánh tác động lên khí hậu của các kiểu xe khác nhau là sử dụng công cụ trực tuyến tương tác của các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts, những người đã cố gắng kết hợp tất cả các yếu tố liên quan: lượng khí thải liên quan đến sản xuất ôtô và sản xuất nhiên liệu xăng và diesel, xe thông thường đốt bao nhiêu xăng và nguồn điện để sạc xe điện đến từ đâu.

Điện gió là một trong những nguồn điện sạch. Ảnh: Theconversation

Nếu chúng ta giả định rằng các phương tiện thuần điện đang sử dụng nguồn điện từ lưới điện trung bình ở Mỹ, hệ thống cấp điện này thường bao gồm cả việc đốt nhiên liệu hóa thạch và các nhà máy điện tái tạo, thì chúng hầu như luôn xanh hơn nhiều so với ôtô thông thường. Thậm chí dù xe điện tạo ra khí thải do quá trình sản xuất pin, động cơ điện của chúng lại hiệu quả hơn động cơ đốt trong truyền thống dùng nhiên liệu hóa thạch.

Ví dụ, một chiếc Chevrolet Bolt điện có thể tạo ra lượng CO2 trung bình 117 g/km trong suốt vòng đời của nó. Ngược lại, một chiếc Toyota Camry chạy bằng xăng mới tinh ước tính tạo ra tới 239 g/km. Còn với Ford F-150 mới, thậm chí hiệu suất đốt nhiên liệu còn kém hơn nữa, nó tạo ra 395 g/km.

Nhưng đó chỉ là mức trung bình. Mặt khác, nếu Bolt được sạc trên một lưới điện được tạo ra bằng than, chẳng hạn như những mạng lưới hiện đang ở Trung Tây, nó thực sự có thể còn tác động tới khí hậu một cách gián tiếp tệ hơn so với một chiếc xe hybrid hiện đại như Toyota Prius, mẫu xe chạy trên xăng nhưng sử dụng thêm pin để tăng quãng đường đi được. (Tuy nhiên, kể cả như vậy thì Bolt vẫn đánh bại Camry và F-150.)

Jeremy Michalek, giáo sư cơ khí tại Đại học Carnegie Mellon cho biết: “Than có xu hướng là yếu tố quan trọng. Nếu bạn có những chiếc ôtô điện ở Pittsburgh được cắm sạc vào ban đêm, khiến các nhà máy than gần đó sẽ đốt nhiều than hơn để sạc chúng, thì những lợi ích về khí hậu sẽ không lớn bằng và thậm chí có thể gây ô nhiễm nhiều hơn”.

Tin tốt cho xe điện là hầu hết các quốc gia đang đẩy mạnh việc làm sạch mạng lưới điện của họ. Tại Mỹ, các công ty đã ngừng hoạt động hàng trăm nhà máy than trong thập kỷ qua và chuyển sang sử dụng hỗn hợp khí tự nhiên, gió và năng lượng mặt trời ít phát thải hơn. Kết quả là, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng xe điện nói chung cũng trở nên sạch hơn. Và điều này còn có thể tiếp tục được cải thiện trong tương lai.

Jessika Trancik, phó giáo sư nghiên cứu năng lượng tại M.I.T cho biết: “Lý do khiến xe điện giống như một giải pháp khí hậu hấp dẫn là vì nếu chúng ta có thể làm cho mạng lưới của mình không có carbon, thì lượng khí thải từ xe cộ sẽ giảm xuống. Trong khi đó, ngay cả những xe hybrid tốt nhất dùng xăng sẽ luôn có mức phát thải cơ bản nào đó mà không thể giảm xuống được nữa”.

Nh ững vật liệu thô có thể gây nên phiền toái

Giống như nhiều loại pin khác, các tế bào lithium-ion cung cấp năng lượng cho hầu hết các loại xe điện dựa trên nguyên liệu thô – như coban, lithium và các nguyên tố đất hiếm – vốn có liên quan những quan ngại nghiêm trọng về môi trường và nhân quyền, đặt biệt là coban.

Những chiếc Bolt sạc điện tại Mỹ. Ảnh: Gannett

Khai thác coban tạo ra các chất thải và xỉ nguy hiểm có thể rò rỉ ra môi trường và các nghiên cứu đã phát hiện ra mức độ phơi nhiễm cao ở các cộng đồng xung quanh, đặc biệt là ở trẻ em, với coban và các kim loại khác. Việc khai thác các kim loại từ quặng của chúng cũng đòi hỏi một quá trình gọi là nấu chảy, quá trình này có thể thải ra ôxít lưu huỳnh và ô nhiễm không khí có hại khác.

Có tới 70% nguồn cung coban trên thế giới được khai thác ở Cộng hòa Dân chủ Congo, một tỷ lệ đáng kể trong các mỏ “thủ công” không được kiểm soát, nơi công nhân – bao gồm nhiều trẻ em – đào kim loại từ đất chỉ sử dụng các công cụ cầm tay khiến chúng phải đối mặt với các nguy cơ lớn về sức khỏe và an toàn, các nhóm hoạt động vì nhân quyền cảnh báo.

Đối với lithium, chúng được khai thác ở Australia hoặc từ các đồng muối ở các vùng Andean của Argentina, Bolivia và Chile, các hoạt động này sử dụng một lượng lớn nước ngầm để bơm vào nước muối, rút bớt nước của nông dân bản địa và người chăn nuôi. Lượng nước cần thiết để sản xuất pin khiến việc sản xuất xe điện tốn nhiều nước hơn khoảng 50% so với động cơ đốt trong truyền thống. Các mỏ đất hiếm, tập trung ở Trung Quốc, thường chứa các chất phóng xạ có thể thải ra nước và tạo ra bụi phóng xạ.

Để giải quyết các vấn đề trên, các nhà sản xuất ôtô và các nhà sản xuất khác tập trung vào coban trước, họ đã cam kết loại bỏ việc tạo ra coban “một cách thủ công” khỏi chuỗi cung ứng, đồng thời phát triển các loại pin giảm hoặc loại bỏ hoàn toàn coban. Nhưng công nghệ đó vẫn đang được phát triển và sự phổ biến của các mỏ coban hiện hữu có nghĩa những cam kết này “không thực tế cho lắm”, Mickal Daudin thuộc Pact, một tổ chức phi lợi nhuận làm việc với các cộng đồng khai thác ở châu Phi, cho biết.

Thay vào đó, Daudin cho rằng các nhà sản xuất cần làm việc với các mỏ này để giảm thiểu tác động đến môi trường và đảm bảo các thợ mỏ được làm việc trong điều kiện an toàn. Nếu các công ty hành động có trách nhiệm, sự gia tăng của xe điện sẽ là cơ hội lớn cho những quốc gia như Congo. Nhưng nếu họ không làm vậy, “họ sẽ đặt môi trường và rất nhiều cuộc sống của thợ mỏ vào rủi ro.”

Tái sử dụng pin ôtô điện

Khi các xe điện thuộc thế hệ đầu tiên bắt đầu đi đến cuối vòng đời, việc ngăn chặn số lượng lớn pin đã qua sử dụng bị thải ra là một thách thức.

Pin ô tô điện tại nhà máy của Volkswagen. Ảnh: Autoweek

Hầu hết các loại xe điện ngày nay đều sử dụng pin lithium-ion, cho phép lưu trữ nhiều năng lượng hơn trong cùng một không gian so với công nghệ pin axit-chì cũ. Nhưng trong khi 99% pin axit-chì được tái chế ở Mỹ, tỷ lệ tái chế ước tính đối với pin lithium-ion chỉ khoảng 5%.

Các chuyên gia chỉ ra rằng pin đã qua sử dụng chứa các kim loại quý giá và các vật liệu khác có thể được phục hồi và tái sử dụng. Tùy thuộc vào quy trình được sử dụng, việc tái chế pin cũng có thể sử dụng một lượng lớn nước hoặc thải ra các chất gây ô nhiễm không khí.

Radenka Maric, giáo sư tại Khoa Hóa học và Kỹ thuật Phân tử Sinh học, Đại học Connecticut cho biết: “Tỷ lệ pin lithium được tái chế là rất thấp, nhưng qua thời gian và tiến bộ khoa học, con số đó sẽ tăng lên.

Một cách tiếp cận đầy hứa hẹn khác để giải quyết pin xe điện đã qua sử dụng là tìm cho chúng vòng đời thứ hai trong bộ lưu trữ và các ứng dụng khác. Amol Phadke, nhà khoa học cấp cao tại Trường Chính sách Công Goldman tại Đại học California, Berkeley, cho biết: “Đối với ôtô, khi pin hao mòn xuống dưới 80% dung lượng của nó, phạm vi hoạt động của xe sẽ giảm xuống. Nhưng đó không phải là hạn chế đối với việc lưu trữ cho các thiết bị tại chỗ”.

Ở những nhà sản xuất, bao gồm Nissan và BMW, đã thử nghiệm việc sử dụng pin xe điện cũ để lưu trữ điện lưới. General Motors thì nói rằng các bộ pin của họ được thiết kế để có vòng đời thứ hai cho mục đích khác. Nhưng có những thách thức hiện hữu: việc tái sử dụng pin lithium-ion đòi hỏi phải kiểm tra và nâng cấp chuyên sâu để đảm bảo chúng hoạt động đáng tin cậy.

Tuy nhiên, theo các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts phát hiện trong một nghiên cứu năm ngoái, nếu được thực hiện đúng cách, pin ôtô đã qua sử dụng có thể tiếp tục được sử dụng trong một thập kỷ hoặc lâu hơn như một bộ lưu trữ dự phòng cho năng lượng mặt trời.