Pin – kẻ nắm giữ số mệnh ngành ôtô

Các hãng ôtô, cơ quan chính phủ và nhà đầu tư đang đổ tiền vào nghiên cứu pin trong cuộc đua kiếm lời từ xe điện không phát thải.

Phòng thí nghiệm của QuantumScape. Ảnh: The New York Times

Khi các hãng ôtô như General Motors, Volkswagen và Ford đưa ra lời hứa hẹn táo bạo về việc chuyển tiếp sang tương lai xe điện, không phát thải, có một điều đang ngày càng trở nên rõ ràng: họ sẽ cần đến rất nhiều pin.

Nhu cầu đối với bộ phận không thể thiếu này đã vượt xa khả năng cung ứng, thúc đẩy một cơn sốt vàng trên toàn cầu khiến các nhà đầu tư, các công ty có tiếng tăm và start-up đua nhau phát triển công nghệ và xây dựng nhà máy cần thiết nhằm sản xuất hàng loạt hàng triệu chiếc ôtô điện.

Từ lâu đã được xem là một trong những bộ phận ít hấp dẫn nhất trên xe hơi, ngày nay pin đã trở thành một trong những bộ phận thú vị nhất của ngành công nghiệp ôtô. Các hãng chế tạo xe đã không có thay đổi về cơ bản nào trong suốt 50 năm và lợi nhuận cũng chỉ ở mức vừa đủ, nhưng ngành công nghiệp chế tạo pin đã đến lúc chín muồi để đổi mới. Công nghệ phát triển nhanh gợi nhớ lại cho ta về buổi bình minh của máy tính cá nhân, điện thoại di động và thậm chí là cả ôtô, và dòng vốn lớn có tiềm năng sản sinh ra những Steve Jobs hay Henry Ford tiếp theo.

Wood Mackenzie, một công ty tư vấn và nghiên cứu năng lượng, ước đoán rằng xe điện sẽ chiếm 18% doanh số ôtô mới trong năm 2030. Điều này sẽ làm gia tăng nhu cầu pin lên gấp 8 lần nếu tính theo sản lượng pin các nhà máy có thể sản xuất hiện nay. Và đây chỉ là một ước tính dè dặt. Một số nhà phân tích cho rằng doanh số xe điện sẽ tăng trưởng nhanh hơn nhiều.

Các nhà sản xuất ôtô đang tham gia vào một cuộc cạnh tranh gay gắt nhằm tìm ra được công thức hoá học sẽ sản sinh ra nhiều năng lượng nhất ở mức giá thấp nhất và đóng gói được trong một bao bì nhỏ nhất. Tháng trước, GM thông báo rằng hãng sẽ chỉ bán xe điện kể từ năm 2035. Điều này được các nhà làm chính sách và những người bảo vệ môi trường xem là một bước ngoặt. Nhưng đối với nhiều người làm việc trong ngành chế tạo pin, công ty này đã chỉ đang tuyên bố một sự thật hiển nhiên.

“Đó là lời tuyên bố gần đây nhất trong làn sóng những thông báo rầm rộ báo hiệu một cách rất rõ ràng rằng ôtô điện đã xuất hiện”, Venkat Viswanathan, phó giáo sư, nghiên cứu công nghệ pin xe điện tại trường Đại học Carnegie Mellon, cho biết.

Ngành chế tạo pin được chi phối bởi các công ty như Tesla, Panasonic, LG Chem, BYD Trung Quốc và SK Innovation – hầu hết các công ty này có trụ sở ở Trung Quốc, Nhật Bản hoặc Hàn Quốc. Nhưng nhiều tay chơi mới bước vào cuộc chơi, và các nhà đầu tư, đánh hơi được nguồn lợi nhuận khổng lồ đang bị đe doạ, đang đổ tiền vào các doanh nghiệp khởi nghiệp mà họ tin rằng sắp tạo ra đột phá.

“Tôi cho rằng chúng tôi đang ở trong thời kỳ trứng nước”, Andy Palmer, cựu giám đốc điều hành Aston Martin và nay là phó chủ tịch không điều hành của InoBat Auto, một start-up chế tạo pin, cho biết. “Ở đây có nhiều tiền hơn ý tưởng”.

QuantumScape, một start-up ở Thung lũng Silicon do Volkswagen và Bill Gates đầu tư, đang nghiên cứu công nghệ có thể khiến pin rẻ hơn, an toàn hơn và sạc lại nhanh hơn. Nhưng hãng này không có doanh số đáng kể, và có thể thất bại trong sản xuất và tiêu thụ pin. Tuy nhiên các nhà đầu tư trên thị trường chứng khoán định giá công ty này cao hơn so với hãng xe Pháp Renault.

Trung Quốc và Liên minh châu Âu đang bơm ngân quỹ chính phủ vào công nghệ pin. Trung Quốc xem pin là nhân tố chủ chốt đối với tham vọng thống trị ngành công nghiệp xe điện của quốc gia này. Trước tình hình đó, chính phủ Trung Quốc đã giúp Contemporary Amperex Technology, hãng pin quốc hữu hoá một phần, trở thành một trong những nhà cung ứng pin lớn nhất thế giới chỉ sau một đêm.

Liên minh châu Âu đang trợ cấp cho việc chế tạo pin nhằm tránh phụ thuộc vào các nhà cung ứng châu Á và duy trì việc làm trong ngành công nghiệp ôtô. Tháng trước, Uỷ ban châu Âu, cánh tay điều hành của khối, tuyên bố cấp 3,5 tỷ USD vốn hỗ trợ cho việc sản xuất và nghiên cứu chế tạo pin. Đây là nguồn bổ sung cho gần 73 tỷ USD mà các chính phủ và hãng xe châu Âu đã cam kết với xe điện và pin, theo hãng tư vấn Accenture. Một phần tiền chính phủ sẽ thuộc về Tesla như một phần thưởng cho quyết định xây nhà máy của công ty này gần Berlin.

Mỹ cũng đã có kế hoạch đẩy mạnh ngành công nghiệp này theo như trọng tâm chính sách chống biến đổi khí hậu của Tổng thống Biden và sự hưởng ứng của ông đối với ôtô điện. Trong một chiến dịch tranh cử năm ngoái, Biden, người sở hữu một chiếc Chevrolet Corvette 1967, nói ông đang yi vọng lái phiên bản xe điện của mẫu xe thể thao này nếu GM quyết định sản xuất.

Một vài hãng sản xuất pin đang trong giai đoạn lập kế hoạch hoặc xây dựng ở Mỹ, bao gồm một nhà máy của GM đang xây dựng ở Ohio cùng LG, nhưng các nhà phân tích cho rằng sự khuyến khích của liên bang dành cho ôtô điện và việc sản xuất pin sẽ là yếu tố chủ chốt để tạo ra một ngành công nghiệp thịnh vượng ở Mỹ. Theo đó là các tiến bộ về công nghệ của các nhà nghiên cứu do chính phủ tài trợ và các công ty nội địa như QuantumScape và Tesla, hãng tháng 9 năm ngoái vạch ra kế hoạch hạ thấp giá cả và nâng cao hiệu suất pin xe điện.

Pin xe điện được đặt dưới sàn. Ảnh: Volkswagen

“Ai cũng biết rằng Trung Quốc đang đẩy mạnh sản xuất và những cải tiến mới”, Margaret Mann, trưởng nhóm tại Trung tâm Khoa học Chuyển động Tích hợp thuộc Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia, một đơn vị của Bộ Năng lượng Mỹ, nói. “Tôi không bi quan”, bà nói về khả năng tiến bộ của Mỹ trong việc sản xuất pin. “Nhưng tôi không nghĩ rằng hiện nay mọi vấn đề đã được giải quyết”.

Các nhà khởi nghiệp trong lĩnh vực này nói rằng họ đang ở những ngày đầu và các công ty Mỹ vẫn có thể vượt qua được các nhà sản xuất châu Á đang thống trị ngành công nghiệp.

“Pin của ngày nay không cạnh tranh”, Jagdeep Singh, giám đốc điều hành của QuantumScape, công ty có trụ sở ở San Jose, California, nói. “Pin có tiềm lực to lớn và là yếu tố quyết định đối với nền kinh tế năng lượng tái tạo, nhưng chúng phải trở nên tốt hơn”.

Nhìn chung, tất cả tiền bạc đổ vào công nghệ pin là một tin tốt. Tức là chủ động sử dụng chủ nghĩa tư bản để giải quyết một vấn đề toàn cầu. Nhưng việc tái cấu trúc trật tự trong ngành công nghiệp ôtô này cũng sẽ kéo theo một vài nạn nhân, như những công ty chế tạo phụ tùng cho động cơ đốt trong, hoặc những hãng xe và nhà đầu tư đặt cược sai công nghệ.

“Đổi mới pin không phải là chuyện xảy ra chỉ sau một đêm”, Venkat Srinivasan, giám đốc Trung tâm Hợp tác Khoa học Dự trữ Năng lượng của Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne, nói. “Nó có thể mất nhiều năm. Mọi thứ đều có thể xảy ra”.

Hầu hết các chuyên gia chắc chắn rằng nhu cầu đối với pin sẽ nâng cao vị thế của Trung Quốc, nước luyện hầu hết các kim loại được sử dụng trong pin và sản xuất hơn 70% tổng số cell pin. Và sự kiểm soát của Trung Quốc trong việc sản xuất pin sẽ chỉ tuột đi một chút trong suốt thập kỷ tới bất chấp các kế hoạch tham vọng nhằm mở rộng sản xuất ở châu Âu và Mỹ, theo dự báo của Roland Berger, công ty tư vấn quản lý ở Đức.

Việc sản xuất pin có “sự phân nhánh địa chính trị sâu sắc”, Tom Einar Jensen, giám đốc điều hành của Freyr, hãng đang xây dựng một nhà máy pin ở phía bắc Na Uy nhằm tận dụng lợi thế phong năng và thuỷ năng dồi dào của vùng này, nói. “Nền công nghiệp ôtô châu Âu không muốn phụ thuộc quá nhiều vào việc nhập khẩu từ châu Á nói chung và Trung Quốc nói riêng”, ông bổ sung.

Freyr có kế hoạch tăng thêm 850 triệu USD, là một phần của thoả thuận sáp nhập với Tập đoàn Đầu tư Năng lượng Alussa, một công ty ma đã bán cổ phiếu trước khi có bất kỳ tài sản nào. Thoả thuận này, được công bố vào tháng 1, sẽ giúp Freyr được niêm yết trên Sở giao dịch Chứng khoán New York. Công ty này có kế hoạch chế tạo pin sử dụng công nghệ do 24M Technologies trụ sở tại Cambridge, Massachusett, phát triển.

Ưu tiên hàng đầu đối với ngành công nghiệp này là tạo ra pin với giá rẻ hơn. Pin cho xe điện cỡ trung có giá khoảng 15.000 USD, hay gần gấp đôi mức giá họ cần để xe điện có được sự chấp nhận rộng rãi, Srinivasan nói.

Ta có thể dành được một số khoản tiết kiệm bằng cách tạo ra nhiều sự thay đổi nhỏ, như sản xuất pin gần nhà máy sản xuất ôtô để tránh chi phí vận chuyển, và bằng cách giảm thiểu lãng phí, theo Roland Berger. Khoảng 10% nguyên vật liệu bị lãng phí trong quá trình sản xuất pin do phương pháp sản xuất thiếu hiệu quả.

Nhưng, trong một nghiên cứu gần đây, Roland Berger cũng cảnh báo rằng nhu cầu tăng lên có thể đẩy giá cả các loại nguyên liệu thô như lithium, cobalt và nickel tăng theo và triệt tiêu một số hiệu quả thu được. Ngành công nghiệp ôtô đang cạnh tranh vì pin cùng các thiết bị điện và các công ty năng lượng khác cần họ để lưu trữ năng lượng gió và mặt trời gián đoạn, thúc đẩy nhu cầu tăng thêm nữa.

“Chúng tôi phát hiện ra rằng có thể có một cuộc khủng hoảng cung ứng trong năm nay”, Jason Burwen, giám đốc điều hành lâm thời của Tổ chức Lưu trữ Năng lượng Mỹ, nói.

Đủ các thể loại công ty đã mọc lên để thay thế việc sử dụng khoáng sản đắt đỏ trong pin bằng các nguyên vật liệu rẻ hơn và phổ biến hơn. OneD Material, trụ sở ở San Jose, chế tạo một loại vật chất trông như bã cà phê để sử dụng cho cực dương, điện cực mà qua đó dòng điện chạy ra khỏi pin khi ôtô hoạt động. Vật liệu này được làm từ silicon, loại nguyên liệu dư thừa và giá rẻ, nhằm giảm thiểu nhu cầu đối với than chì, loại nguyên liệu khan hiếm hơn và đắt đỏ hơn.

Về lâu dài, “chén thánh” của ngành công nghiệp này là pin ở thể rắn, thứ sẽ thay thế dung dịch lithium ở thể lỏng trong lõi hầu hết các viên pin bằng các lớp hợp chất lithium thể rắn. Pin ở thể rắn sẽ bền hơn và ít hư hỏng vì quá nhiệt hơn, cho phép sạc được nhanh hơn. Trọng lượng của chúng cũng sẽ nhẹ hơn.

Cell pin bằng kim loại lithium ở thể rắn dùng cho xe điện của QuantumScape. Ảnh: The New York Times

Toyota và các công ty khác đã đầu tư mạnh vào công nghệ này, và đã có thành công trong việc chế tạo một vài viên pin thể rắn. Phần khó khăn là sản xuất chúng hàng loạt ở mức giá hợp lý. QuantumScape đã xác nhận rằng hãng đã tìm ra được vật liệu có thể giải quyết một trong những trở ngại chính với việc sản xuất hàng loạt pin thể rắn, đó là chúng có khuynh hướng đoản mạch nếu xảy ra bất kỳ khiếm khuyết nào.

Tuy nhiên, đa số mọi người làm việc trong ngành công nghiệp này không kỳ vọng pin thể rắn có thể được sử dụng rộng rãi cho đến năm 2030. Pin sản xuất hàng loạt là “thứ khó nhất trên thế giới”, Elon Musk, giám đốc điều hành của Tesla, cho biết trong một cuộc điện đàm gần đây với các nhà phân tích. “Nguyên mẫu thì dễ. Nhưng sản xuất quy mô thì rất khó”.

Tuy nhiên có một điều chắc chắn rằng: Đây là thời điểm thích hợp để lấy bằng cấp trong ngành điện hoá học. Những người am hiểu về thuộc tính của lithium, nickel, cobalt và các vật liệu khác đối với pin cũng giống như các lập trình viên phần mềm đối với máy vi tính. Chẳng hạn, Jakub Reiter, đã bị mê hoặc bởi hoá năng trong pin kể từ khi cậu còn là một thiếu niên thời những năm 1990 ở Prague, ngành này trước đó rất lâu dường như đã là một lựa chọn nghề nghiệp thịnh hành.

Năm 2011, Reiter đang làm nghiên cứu sau đại học ở Đức khi một nhà tuyển dụng tuyển anh vào làm việc ở BMW, hãng này muốn hiểu cơ sở khoa học đằng sau những viên pin. Năm ngoái, InoBat săn anh về để hỗ trợ thành lập một nhà máy ở Slovakia, nơi Volkswagen, Kia, Peugeot và Jaguar Land Rover sản xuất xe hơi.

Reiter nay là trưởng ban khoa học ở InoBat, công nghệ của hãng này cho phép khách hàng phát triển những viên pin một cách nhanh chóng cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau, như pin giá rẻ dành cho ôtô chở khách hoặc phiên bản hiệu suất cao dành cho xe mui trần.

“Hai mươi năm trước, chẳng ai quan tâm gì nhiều đến pin”, Reiter cho biết. Ngày nay, ngành này xuất hiện cuộc cạnh tranh khốc liệt, và “đó là một trận chiến lớn”.