ẢNH HƯỞNG TỪ PIN LIION CỦA XE ĐIỆN VÀO MÔI TRƯỜNG
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.53 MB, 25 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA MÔI TRƯỜNG
TOPIC 6: ẢNH HƯỞNG TỪ PIN LI-ION
CỦA XE ĐIỆN VÀO MÔI TRƯỜNG
GVHD: TS. TÔ THỊ HIỀN
NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN:
NGUYỄN HỮU DANH – 1022043
LÊ HỒ TỐ LINH – 1022154
VŨ THỊ PHƯỢNG – 1022231
Tp.HCM, tháng 10 năm 2013
MỤC LỤC
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về pin Li-ion...........................................................................1
1.1.
Khái niệm về pin...................................................................................................1
1.2.
Khái niệm về pin Li-ion và ứng dụng...................................................................2
1.2.1.
Khái niệm.......................................................................................................2
1.2.2.
Phân loại........................................................................................................2
1.2.3.
Cấu tạo của pin li-ion.....................................................................................2
1.2.4.
Ưu điểm.........................................................................................................4
1.2.5.
Ứng dụng.......................................................................................................4
1.3.
Pin Li-ion LiMn2O4...............................................................................................5
Chương 2: Đánh giá tác động mội trường của pin Li-ion trong xe điện..........................9
2.1.
Mục đích việc nghiên cứu.....................................................................................9
2.2.
Đối tượng nghiên cứu...........................................................................................9
2.3.
Phương pháp nghiên cứu......................................................................................9
2.4.
Kết quả nghiên cứu.............................................................................................11
2.5.
Kết luận..............................................................................................................15
Chương 3: Hiện trạng sử dụng pin Li-ion tại VIệt Nam......................................................16
3.1.
Xe điện chạy bằng pin li-ion...............................................................................16
3.2.
Các cơ sở sản xuất pin Li-ion ở Việt Nam..........................................................17
3.3.
Xử lý pin đã qua sử dụng....................................................................................18
Phụ lục...................................................................................................................................................21
Danh mục từ viết tắt
Danh mục hình
2
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Battery electric vehicles (BEVs): Xe điện chạy bằng pin
Internal combustion engine vehicles (ICEVs): Xe chạy bằng động cơ đốt trong
Life cycle assessment (LCA): Đánh giá vòng đời sản phẩm
Life cycle inventory (LCI): Kiểm kê vòng đời sản phẩm
A breakeven analysis: Phân tích hòa vốn
Environment burdent: Gánh nặng môi trường
Ecoindicator 99 using the hierarchic perspective and an average weighting (EI99 H/A):
Chỉ thị sinh thái 99 sử dụng quan điểm thứ bậc và trọng số trung bình.
Cumulated energy demand (CED): Nhu cầu tích lũy năng lượng
Global warming potential (GWP): Sự ấm lên toàn cầu tiềm ẩn
Abiotic degradation potential (ADP): Sự suy giảm các yếu tố vô cơ tiềm ẩn
3
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cấu tạo của pin Zinc-cacbon..............................................................................1
Hình 1.2. Pin li-ion dạng hình trụ và lăng trụ.....................................................................2
Hình 1.3. Mặt cắt lõi pin.....................................................................................................3
Hình 1.4. Điện thoại di động và máy tính xách tay............................................................3
Hình 1.5. Mô hình cấu trúc của xe điện. Nghiên cứu xem xét tất cả các quá trình có liên
quan, tập trung vào các vật liệu và các thành phần trong việc sản suất pin (màu xám)......5
Hình 2.1. Tương quan theo % về gánh nặng môi trường giữa các thành phần của ICEV và
BEV. BEV được mặc định là 100%. ICEV tính phần trăm dựa theo BEV.........................8
Hình 2.2. Gánh nặng môi trường từ các thành phần chính của pin Li-ion và các điện cực.9
Hình 3.1. Xe đạp điện HKBike và GIANYA....................................................................12
Hình 3.2. Porsche Panamera S E-hyrbrid.........................................................................13
Hình 3.3. Hoạt động thu gom chất thải nguy hại..............................................................14
4
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về pin Li-ion
1.1. Khái niệm về pin
Pin hay còn gọi là pin điện hóa có khả năng biến đổi năng lượng hóa học thành năng
lượng điện. Được sáng chế lần đầu tiên vào năm 1800 bởi Alessandro Volta (pin Volta) và
vẫn tiếp tục phát triển cho tới ngày nay. Hiện nay, pin đã trở thành nguồn năng lượng
thông dụng cho nhiều đồ vật trong gia đình cũng như cho các ứng dụng công nghiệp.
Cấu tạo của pin: Tùy vào loại pin mà cấu tạo bên trong của chúng sẽ khác nhau. Tuy
nhiên, các thành phần cơ bản của pin bao gồm một cực dương, một cực âm, chất điện
phân cho phép electron di chuyển giữa các điện cực.
Hình 1.1. Cấu tạo của pin Zinc-cacbon
Có hai loại pin: pin sơ cấp (pin dùng 1 lần), được thiết kế để sử dụng 1 lần sau đó vứt đi,
và pin thứ cấp (pin sạc lại được), được thiết kế để nạp được nhiều lần. Các pin cỡ nhỏ
được sản xuất cho các thiết bị tiêu thụ ít năng lượng như đồng hồ đeo tay; những pin lớn
có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị di động như máy tính xách tay.
1
1.2. Khái niệm về pin Li-ion và ứng dụng
1.2.1. Khái niệm
Pin Lithium ion (Li-ion) là một loại pin thứ cấp. Pin li-ion bao gồm những pin sử dụng
hợp chất Lithium như vật liệu làm điện cực âm và dương. Trong một chu trình, ion Li+
được trao đổi giữa các điện cực âm và dương.
Pin li-ion có tốc độ tự phóng điện thấp (2% đến 8% mỗi tháng) và có dải nhiệt độ hoạt
động rộng (nạp điện ở nhiệt độ từ -20C đến 60C, phóng điện được ở nhiệt độ từ -40C
đến 65C) cho phép chúng được ứng dụng một cách đa dạng và rộng rãi.
1.2.2. Phân loại
Pin Li-ion có thể được chia thành bốn nhóm:
Small cylindrical: Hình trụ nhỏ (dạng khối rắn không bao gồm thiết bị đầu cuối,
như pin máy tính xách tay)
Large cylindrical Hình trụ lớn (dạng khối rắn với điện cực bằng bu lông lớn)
Pouch: Túi nhỏ (mềm, khối phẳng, như các loại pin trong điện thoại di động)
Prismatic: Hình lăng trụ (vỏ nhựa bán cứng với điện cực bằng bu lông lớn, chẳng
hạn gói pin của các phương tiện dùng điện)
1.2.3. Cấu tạo của pin li-ion
Tùy theo loại pin mà cấu tạo của nó cũng khác nhau
2
Hình 1.2. Pin li-ion dạng hình trụ và lăng trụ
Các thành phần chính bao gồm:
-
Vỏ bằng kim loại hoặc bằng nhựa.
-
Lớp cách nhiệt: bảo vệ lớp vỏ khỏi bị biến dạng.
-
Van an toàn: khi pin quá nóng do hoạt động hoặc do nhiệt độ môi trường ảnh hưởng
sẽ làm tăng áp suất bên trong pin, khiến pin có nguy cơ bị nổ. Van này có tác dụng xả
hết áp suất dư đó, tuy nhiên pin cũng không còn dùng được nữa.
-
Positive temperature coefficient (PTC): một loại vật liệu có hệ số nhiệt dương, càng
nóng thì điện trở của nó càng tăng lên. Để tránh việc van an toàn mở làm hư pin, vật
liệu này có tác dụng làm giảm độ dẫn điện, qua đó khiến thiết bị điện ngưng hoạt
động, pin không được sử dụng sẽ giảm nhiệt độ nhanh chóng.
-
Phần lõi pin (phần giữ điện): gồm 3 tấm mỏng ép sát vào nhau: điện cực âm, lớp ngăn
cách và điện cực dương. Có thể xếp nhiều lớp gồm 3 tấm mỏng này (loại Prismatic)
hoặc cuộn xoắn ốc (loại Cylindrical)
3
Hình 1.3. Mặt cắt lõi pin
1.2.4. Ưu điểm
Tuổi thọ pin lớn (Số lần nạp xả hoặc thời hạn sử dụng)
Dải nhiệt độ hoạt động rộng
Thời gian hoạt động lâu
Khả năng nạp nhanh
Tốc độ tự phóng điện chậm
Hiệu ứng nhớ thấp
1.2.5. Ứng dụng
Hiện nay, Pin li-ion được sử dụng rất phổ biến, từ các thiết bị di động, máy tính xách tay
cho đến những phương tiện vận chuyển chạy điện. Pin li-ion có hiệu năng cao giúp kéo
dài thời gian sử dụng các thiết bị và tăng khả năng vận hành của các phương tiện
4
Hình 1.4. Điện thoại di động và máy tính xách tay
1.3. Pin Li-ion LiMn2O4
Các xe điện ngày xưa sử dụng nguồn cung cấp năng lượng từ pin chì-acid (ắc quy), pin
nickel – hydrua kim loại… những loại pin này có năng lượng thấp nên chỉ có thể đi được
một quãng đường ngắn. Nhu cầu đi lại của con người ngày càng tăng dần khiến người ta
phải tìm ra nguồn cung cấp năng lượng khác nhiều hơn, mạnh hơn, đó là pin li-ion.
Việc sử dụng loại pin nào là điều đáng quan tâm. Các thiết bị như điện thoại di động, máy
tính xách tay… do nhu cầu năng lượng cao nên pin li-ion của chúng là loại lithium cobalt
oxide (LiCoO2) – mật độ năng lượng cao nhưng dễ gặp rủi ro – có giá mắc hơn nhưng
tuổi thọ của chúng lại thấp hơn các loại pin li-ion khác như lithium iron phosphate (LFP),
lithium manganese oxide (LMO) và lithium nickel manganese cobalt oxide (NMC) – có
mật độ năng lượng thấp hơn. Với khối lượng của pin lên tới 300 kg thì việc sử dụng pin
LiCoO2 không mang lại hiệu quả kinh tế. Vì thế trong bài nghiên cứu sử dụng pin LMO
làm nguồn cấp điện cho xe.
5
LMO có công thức hóa học LiMn2O4, được dùng làm cực dương của pin li-ion. Nguyên
nhân của sự lựa chọn này là do trong tương lai, mangan sẽ được dùng nhiều và thay thế
Niken, Coban do giá thấp và dễ kiếm được.
Hình 1.5. Mô hình cấu trúc của xe điện. Nghiên cứu xem xét tất cả các quá trình có liên
quan, tập trung vào các vật liệu và các thành phần trong việc sản suất pin (màu xám)
Phía trên là quy trình sản xuất 1 kg pin Li-ion. Khối lượng được sử dụng để tính toán dựa
trên pin Kokam (một cơ sở sản xuất pin ở Hàn Quốc) và vật liệu cực âm được giả sử là
6
LiMn2O4. Chi tiết đầu vào đầu ra nằm ở nhựng ô tối màu, năng lượng tiêu tốn cho mỗi
quá trình cũng được liệt kê.
Nước biển chứa lithium sẽ được cô đặc bằng năng lượng mặt trời ở sa mạc Atacama. Dầu
diesel được dùng để chạy máy bơm nước muối giữa các lưu vực khác nhau. Nước mặn
lithium cô đặc được xử lý để loại bỏ boron, tiếp theo là bước thanh lọc. Cuối cùng, thêm
soda vào. Kết quả của quá trình cacbonat hóa là sự kết tủa của lithium carbonate
(Li2CO3). Muối được lọc, rửa, phơi khô đạt độ tinh khiết 99% hoặc hơn.
Mangan oxit (Mn2O3) là sản phẩm của một quá trình nung hai giai đoạn: mangan
cacbonat nung trong không khí có ít oxy, sau đó nung trong không khí có nhiều oxy.
Ngay sau đó, lithium mangan oxit (LiMn2O4) được tạo từ Mn2O3 và Li2CO3 bằng nhiều
giai đoạn nung trong lò quay. Trong các giai đoạn khác nhau, không khí trong lò quay
thay đổi từ trạng thái trơ (bổ sung N2) đến trạng thái oxy hóa (bổ sung O2). Bột lơ lửng
trong nước sau đó được sấy phun (sự bốc hơi nước).
Vật liệu cơ bản cho chất điện phân là một dung môi hữu cơ, thường là ethylene carbonate
(C3H4O3), và các muối điện phân, thường là lithium hexafluorophosphate (LiPF 6). Để sản
xuất LiPF6, lithium fluoride (LiF) được sản xuất bằng phản ứng giữa Li 2CO3 và hydrogen
fluoride (HF) ở nhiệt độ phòng. Dịch lọc được chuẩn độ bằng amoniac (pH 7.5), rửa sạch
với nước và sấy khô. Phosphorus pentachloride (PCl 5) và LiF sau đó được kết hợp trong
nồi hấp và làm lạnh xuống -78°C. Sau đó, hydrogen fluoride được thêm dư để việc trao
đổi hoàn toàn clo-flo trong PCl5. Phản ứng trong nồi hấp xảy ra với môi trường nitơ trơ.
Sản xuất các cathode và anode cần phải có sự pha trộn của một vài thành phần (chất kết
dính và dung môi, muội than, LiMn2O4 và than chì tương ứng) trong máy trộn tròn thành
dạng vật chất gọi là bùn than, tiếp theo là phủ lên lá thu điện (nhôm và đồng tương ứng)
với bùn than. Các chất kết dính (styren butadien ecopolymer biến thể) hòa tan trong nước
và có lợi thế là không cần dung môi hữu cơ. Để sản xuất vách ngăn, một màng nhựa
(polyethylene) xốp được phủ một lớp bùn than bao gồm một copolymer, dibutyl phthalate
và silica hòa tan trong acetone. Năng lượng nhiệt cho cực dương, cực âm và vách ngăn
7
được sử dụng để làm nóng bùn đến 130°C, làm bay hơi dung môi và hút ẩm hoàn toàn
các thành phần của điện cực trong một rãnh làm khô (lượng H2O <20 ppm).
Cực âm, vách ngăn, và cực dương được xếp theo thứ tự, cắt cho cùng kích thước, uốn lại,
và đóng gói thành một cell đơn trong một túi nhựa PE. Trong không khí trơ, chất điện
phân (LiPF6 hòa tan trong C3H4O3) sẽ được thêm vào điện cực. Cuối cùng, các cell đơn,
hệ thống quản lý pin và dây cáp được lắp ráp trong một hộp thép.
8
Chương 2: Đánh giá tác động mội trường của pin Li-ion trong xe điện
2.1. Mục đích việc nghiên cứu
Trả lời câu hỏi: Việc sử dụng pin có làm giảm hiệu quả của việc sử dụng xe điện thay thế
cho xe có động cơ đốt trong hay không?
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Xe điện được dùng trong nghiên cứu này có kích thước và công suất giống mẫu xe
Volkwagen Golf A4 và được thay hệ thống truyền lực (chạy xăng hoặc dầu) thành hệ
thống truyền lực bằng điện (bao gồm kiểm soát điện năng, một động cơ điện và truyền
dẫn) và một pin Li-ion, mỗi lần sạc điện chạy được khoảng 200 km (pin nặng 300 kg,
mật độ năng lượng là 0.114 kWh/kg và chạy được khoảng 150,000 km trong suốt cuộc
đời. Xe này cần năng lượng điện để đi 100 km là 14.1 kWh với hiệu suất 80% (kể cả hao
phí trong lúc sạc và sự thu hồi) trong một vòng chạy tiêu chuẩn (New European Driving
Cycle, NEDC). Sưởi ấm, làm mát và các thiết bị điện khác tiêu tốn 2.9 kWh/100 km. Vậy
tổng năng lượng điện cần cho BEV là 17 kWh/100 km.
Xe tham khảo được chọn để so sánh với BEV ở trên là một chiếc ICEV có cùng cấp độ
công nghệ, sử dụng xăng (tiêu chuẩn Euro 5). Chiếc xe này tiêu thụ 5.2 lít xăng mỗi 100
km trong NEDC, kết quả là nó phát thải trực tiếp 0.12 kg CO2 mỗi km.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
Đánh giá vòng đời sản phẩm – Life Cycle Assessment (LCA):
LCA là một phương pháp được thiết lập nhưng vẫn biến đổi được, dùng để tính toán và
đánh giá tác động môi trường tiềm năng gây ra bởi các sản phẩm, quy trình, hoặc các
hoạt động. LCA mong muốn định lượng và đánh giá năng lượng và các dòng vật liệu sử
dụng trong tất cả các giai đoạn cuộc đời của sản phẩm và các chất thải liên kết lượng khí
thải thải ra môi trường. LCA dựa trên những đơn vị chức năng. Điều này cực kỳ quan
trọng trong việc cạnh tranh sản phẩm được phân tích để có đựơc sự đánh giá một cách
tương đối.
9
Nghiên cứu này phân tích việc sử dụng pin Li – ion trong xe điện như là một lưa chọn
khả thi cho môi trường và đánh giá liệu gánh nặng có liên quan đến pin cũng như để bù
lại những lợi ích liên quan đến hệ thống truyền lực bằng điện. Nói tóm lại, nghiên cứu
này rất quan trọng trong việc xây dựng mô hình về phương tiện di chuyển bằng điện, bao
gồm sự sản xuất, sử dụng và thải bỏ với sự tập trung mạnh vào pin Li – ion. Đơn vị chức
năng được sử dụng là trung bình 1 km được lái bằng xe sử dụng động cơ truyền động
năng lượng điện và pin Li-ion trên mạng lưới đường sá của Châu Âu. Nghiên cứu này
bao gồm một hệ thống khép kín mà không có ngưỡng giới hạn. Nguyên vật liệu và quá
trình được bỏ qua chỉ khi nào ảnh hưởng của chúng đến môi trường là ko đáng kể dựa
trên sự kết hợp của khối lượng, nhu cầu năng lượng và những gánh nặng có sẵn trên đơn
vị khối lượng hoặc năng lượng. Dữ liệu LCI về sự sản xuất pin, sản xuất và sử dụng xe
điện được biên soạn lại trong nghiên cứu này. Trong khi dữ liệu LCI về nguyên liệu và
quá trình thì lấy từ dữ liệu ecoinvent phiên bản 2.01.
Đánh giá tác động môi trường – Environmental Impact Assessment (EIA):
Gánh nặng môi trường đựơc nói đến ở đây chính là sự ấm lên toàn cầu tiềm ẩn (GWP)
trong thời gian 100 năm tới, nhu cầu tích lũy năng lượng (CED) của nguồn năng lượng
không tái tạo (nhiên liệu hóa thạch, hạt nhân) được cân nhắc và chỉ thị sinh thái 99 sử
dụng quan điểm thứ bậc và trọng số trung bình (EI99 H/A). Cạn kiệt tài nguyên được thể
hiện như cạn kiệt các yếu tố vô sinh tiềm ẩn (ADP) (nhiên liệu hóa thạch, gió, nhiệt độ,
nước…), một trong những loại tác động trong phương pháp CML (Environmental
Sciences of the University of Leiden). Tất cả phương pháp đánh giá tác động được sử
dụng như là công cụ trong cơ sở dữ liệu ecoinvent phiên bản 2.01. Hai chỉ thị đầu tiên
đựơc chọn dựa trên sự thích hợp và chấp nhận rộng rãi. EI99 H/A được dùng bởi vì
những chỉ thị khác là gần như định hướng năng lượng riêng biệt và loại trừ (độc hại) ảnh
hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái, cũng như thiệt hại cho chất lượng tài
nguyên. ADP được đánh giá bao gồm việc sử dụng nguồn tài nguyên, đặc biệt là kim loại.
Ngoài kết quả đánh giá tác động còn có phát thải bụi PM10, SO 2, NOx, vì những chỉ tiêu
này thường được nhắc tới trong những vấn đề về giao thông.
10
2.4. Kết quả nghiên cứu
Hình 2.1. Tương quan theo % về gánh nặng môi trường giữa các thành phần của ICEV
và BEV. BEV được mặc định là 100%. ICEV tính phần trăm dựa theo BEV
Giải thích kí hiệu (từ trái qua phải):
-
Đường (road): bao gồm xây dựng, bảo dưỡng và xử lý cuối đời (EOL)
-
Glider: xe đã tháo (không có) hệ thống truyền lực (động cơ)
-
Drive-train: hệ thống truyền lực
-
Xe: bảo trì và EOL
-
Pin Li-ion: Sản xuất, bảo dưỡng và EOL
-
Vận hành
ICEV gây ra gánh nặng môi trường cao hơn so với một BEV (ADP, + 37,47% hoặc 261
kg antimony tương đương; GWP, + 55,3% hoặc 37.700 kg CO2; CED, 23,5% hay
593.000 MJ-tương đương; EI99 H / A, 61,6% hay 2.530 điểm). Phần trăm tổng số tác
động môi trường do pin là từ 7 (CED) đến 15% (EI99 H/A). Phân tích với EI99 H/A cho
11
thấy phần trăm do pin gần như vao gấp hai lần so với các phương pháp đánh giá tác động
khác, và điều này chủ yếu là do chi phí của giai đoạn vận hành.
Các gánh nặng môi trường liên quan đến sử dụng đường bộ (Cơ sở hạ tầng, bảo trì và thải
bỏ) và Glider không có sự khác biệt giữa ICEV và BEV. Có sự khác biệt nhỏ liên quan
đến hệ thống truyền lực, bảo trì và thải bỏ xe. Sự khác biệt chính phản ánh trong giai
đoạn vận hành, tăng cao hơn nhiều so với tác động của pin. Vận hành rõ ràng chiếm ưu
thế LCA của cả hai phương tiện dùng điện và phương tiện với ICEV, trong khi nó là rõ
ràng cao hơn cho phương tiện với ICEV.
Phát thải PM10,NOx, SO2 gây ra bởi phương tiện dùng điện (PM10 100%, 16,2 kg; NO x
100%, 49,5 kg; SO2 100%, 83,7 kg) đều cao hơn phương tiện với ICEV (PM10 79,0%,
12,8 kg; NOx 87,9%, 43,5 kg; SO2 74,7%, 62,5 kg). Tất cả các khí thải dẫn đến chủ yếu
từ hoạt động độc lập của các loại xe. Sản xuất pin, glider, và các hệ thống truyền lực cũng
phát ra một lượng đáng kể PM10, NOx, và SO2.
12
Hình 2.2. Gánh nặng môi trường từ các thành phần chính của pin Li-ion và các điện cực
Sản xuất pin Li-ion bị chi phối bởi việc sản xuất các cực dương, cực âm và pin. Cell đơn,
vách ngăn, muối lithium, và dung môi đóng một vai trò nhỏ. Hộp pin có chứa một hộp
thép, dây cáp, và bảng mạch. Các thành phần này gây ra một tỷ lệ tương đối cao, hơn
20% trong tất cả các phương pháp đánh giá tác động.
Liên quan tới EI99 H/A, việc sản xuất cực dương tạo ra tác động lớn nhất, trong khi
CED, GWP, và ADP cho thấy tác động cao nhất cho việc sản xuất cực âm. Đồng trong
cực dương là cần thiết như lá thu điện, chiếm đến 43% (EI99 H/A) gánh nặng môi trường
của pin Li-ion. Đồng cũng được sử dụng trong các thành phần khác (ví dụ, dây cáp) gắn
ngoài. Than chì và tất cả các thành phần khác của cực dương chỉ có tác động nhỏ. Các kết
quả của cực dương có vẻ khác nhau khi đánh giá với ADP, CED, hoặc GWP. Cực dương
có một phần nhỏ hơn nhiều về tác động tổng số của pin. Trong cực dương, than chì cho
thấy một gánh nặng môi trường cao hơn so với đồng, ít nhất là trong đánh giá ADP và
CED.
Cực âm có tác động GWP, CED, hoặc ADP cao hơn cực dương. Thu điện của cực âm,
làm bằng lá nhôm, có gánh nặng môi trường có phần cao hơn so với các vật liệu hoạt
động trong tất cả các phương pháp đánh giá tác động. Tất cả các thành phần khác (chất
13
kết dính, muội than, sử dụng năng lượng,…) tạo ra gánh nặng môi trường rất nhỏ trong
việc sản xuất cực âm.
Gánh nặng môi trường do hai lithium có chứa các thành phần LiMn 2O4 và LiPF6 từ 10
(EI99 H/A) đến 20% (GWP), trong khi phần trăm của LiMn 2O4 (EI99 H/A 5,60%; GWP
13,8%) cao hơn so với phần trăm của LiPF6 (EI99 H/A 3,79%; GWP 6,47%).
Một cái nhìn sâu hơn về các loại thiệt hại của chỉ thị EI99 H/A chỉ ra rằng sản xuất của
một pin Li-ion phần lớn là gây thiệt hại cho sức khỏe con người (44%) và chất lượng tài
nguyên (39%), trong khi chất lượng của các hệ sinh thái bị ảnh hưởng ít hơn (17%).
Lượng khí thải vô cơ ảnh hưởng đến hệ thống hô hấp, chẳng hạn như PM10, SO 2, NOx,…
gây ra tác động lớn nhất, tiếp theo là việc sử dụng các nhiên liệu hóa thạch và khoáng
sản.
Độ nhạy của LiMn2O4 như một vật chất phóng xạ đã được thử nghiệm (EI99H/A) bằng
cách so sánh các gánh nặng môi trường của LiMn 2O4 so với vật chất phóng xạ khác cũng
được sử dụng rộng rãi là Li(Mn( 1/3)Ni(1/3)Co(1/3))O2 và LiFeO4 . Trong khi kịch bản với
các vật liệu hoạt động có chứa niken và coban thì kết quả trong sự gia tăng gánh nặng
môi trường là 12,8 % cho pin, LiFeO4 như vật liệu cực âm làm giảm tác động 1,9%. Sự
khác biệt về mức độ dịch vụ giao thông vận tải là nhỏ hơn nhiều
(Li(Mn(1/3)Ni(1/3)Co(1/3))O2, +2,0 % ; LiFeO4 , -0.30% ) .
Kết quả của sự nhạy cảm được tính cho xe có tuổi thọ (pin) là 240.000 km (các BEV cần
2 bộ pin Li-ion ) cho thấy sự sụt giảm của tổng gánh nặng môi trường cho mỗi km xe
chạy (EI99 H/A) là 7,5 % (BEV) và 7,1% (ICEV) .
Sự biến đổi của việc tiêu thụ điện trong khoảng ±20 % (trung bình, 0,17 kWh/km ; -20 %
, 0,14 kWh/km ; +20 % , 0,20 kWh/km ), kết quả của sự thay đổi là ±8.2 % gánh nặng về
môi trường (EI99 H/A) cho phương tiện dùng điện.
Tác động (EI99 H/A) của giao thông vận tải của một BEV sử dụng điện sản xuất bằng
than anthracite (UCTE) tăng 13,4 % , trong khi nó tới 40,2% khi áp dụng điện từ các nhà
14
máy thủy điện . Do đó, sử dụng điện thủy điện làm nhiên liệu cho BEV làm giảm tỷ lệ
hoạt động trên toàn bộ gánh nặng môi trường dịch vụ vận tải về căn bản đến 9,6% .
2.5. Kết luận
Từ nghiên cứu trên chỉ ra rằng tác động gây ra do pin Li-ion lên môi trường là không
đáng kể. Phát thải chính là do quá trình sản xuất pin. Tuy nhiên phát thải này thuộc dạng
công nghiệp nên có thể xử lý tập trung. Đối với xe sử dụng cơ đốt trong, phát thải chủ
yếu là do quá trình vận hành,hoạt động của xe, đây là dạng phát thải trực tiếp, không
được xử lý hoàn toàn. Hơn nữa xe thường được sử dụng trong các thành thị, nơi có mật
độ dân số cao nên phát thải này là rất đáng lo ngại.
15
Chương 3: Hiện trạng sử dụng pin Li-ion tại VIệt Nam
3.1. Xe điện chạy bằng pin li-ion
Việc sử dụng xe chạy bằng điện khá phổ biến ở Việt Nam do sự xuất hiện của xe đạp
điện. Thời gian đầu xe đạp điện khá được ưu chuộng do tính mới lạ, tiện dụng… cho đến
khi nhiều sự cố xảy ra đối với xe điện như tự cháy, nổ do pin, ắc quy hoạt động không ổn
định làm thị trường xe đạp điện lắng xuống. Dạo gần đây, do nắm bắt được các công
nghệ về năng lượng mới từ nước ngoài, nhiều hãng xe đã cho ra đời chiếc xe đạp điện
chạy bằng pin Li-ion. Những đặc điểm của pin Li-ion đã phát huy tác dụng: thời gian sạc
điện nhanh, tuổi thọ pin cao… đã khiến thị trường xe đạp điện hấp dẫn trở lại.
Hình 3.1. Xe đạp điện HKBike và GIANYA
Mặc dù vậy, xe hơi điện vẫn còn khá mới mẻ ở Việt Nam. Từ trước đến nay chỉ có mẫu
xe Mercedes-Benz S400 Hybrid được giới thiệu vào năm 2010, nhưng đã nhanh chóng bị
lãng quên. Sắp tới đây, mẫu xe Porsche Panamera S E-Hybrid với những cải tiến mới và
có thể sạc điện từ lưới điện hộ gia đình có vẻ phù hợp hơn với điều kiện tại Việt Nam. Cả
hai dòng xe này đều là xe hydrid – xe có hai hay nhiều nguồn năng lượng để xe chuyển
động, bao gồm một động cơ xăng và một động cơ điện. Đối với xe điện hoàn toàn sử
dụng điện, theo ý kiến của các hãng sản xuất thì nó vẫn còn là quá sớm để đưa vào thị
trường Việt Nam. Lý do được đưa ra là do các trạm nạp điện cho xe vẫn chưa được xây
dựng rộng khắp, xe chỉ chạy được khoảng vài trăm km (đối với xe trong bài báo cáo là
200 km) thì việc cần các trạm bơm điện cấp tốc là cần thiết, ngoài ra ưu điểm của ô tô
16
chạy điện là thân thiện với môi trường không là tiêu chí quan trọng của người tiêu dùng
Việt.
Hình 3.2. Porsche Panamera S E-hyrbrid
3.2. Các cơ sở sản xuất pin Li-ion ở Việt Nam
HKBike tự sản xuất pin cho xe đạp điện của mình
Nokia, Samsung, Threegood là một số hãng sản xuất pin điện thoại li-ion tại Việt
Nam.
Công ty TNHH Sumitomo Osaka Cement (SOC): sản xuất vật liệu cực dương cho
pin sạc Li-ion
17
3.3. Xử lý pin đã qua sử dụng
Theo Khoản 1, Điều 67 - Luật Bảo vệ môi trường năm 2005 quy định: chủ cơ sở sản
xuất, kinh doanh, dịch vụ có trách nhiệm thu hồi sản phẩm đã hết hạn sử dụng hoặc thải
bỏ thuộc các ngành hàng pin và ắc quy, thiết bị điện tử, điện dân dụng và công nghiệp,
dầu nhớt, mỡ bôi trơn, bao bì khó phân huỷ trong tự nhiên, săm lốp và các hoá chất,
nguồn phóng xạ trong sản xuất…
Mãi cho đến tháng 8 năm 2013, Quyết định số 50/2013/QĐ-TTg – Quy định về thu hồi
và xử lý sản phẩm thải bỏ được bạn hành. Theo Quyết định này, các doanh nghiệp sản
xuất, nhập khẩu có trách nhiệm thiết lập các điểm thu hồi sản phẩm thải bỏ; tiếp nhận sản
phẩm thải bỏ do doanh nghiệp đã bán sản phẩm đó ra thị trường Việt Nam;
Các doanh nghiệp cũng phải thỏa thuận với người tiêu dùng về cách thức chuyển giao và
tiếp nhận sản phẩm thải bỏ tại thời điểm thu hồi; vận chuyển và xử lý sản phẩm thải bỏ;
thông báo đến Bộ Tài nguyên và Môi trường về các điểm thu hồi và cơ sở xử lý sản phẩm
thải bỏ; báo cáo lượng sản phẩm được sản xuất hoặc nhập khẩu đã bán ra thị trường Việt
Nam, kết quả thu hồi và xử lý sản phẩm thải bỏ; công khai thông tin có liên quan đến
điểm thu hồi và cơ sở xử lý sản phẩm thải bỏ trên Cổng Thông tin điện tử của Bộ Tài
nguyên và Môi trường và của doanh nghiệp. Ngoài ra, các cơ quan quan lý nhà nước
cũng phải có trách nhiệm trong việc thu gom và xử lý.
Theo danh mục sản phẩm thải bỏ, thời điểm thu hồi và xử lý được ban hành kèm theo
Quyết định này, từ ngày 1/1/2015 sẽ thu hồi và xử lý ắcquy và pin các loại thải bỏ; một số
sản phẩm thiết bị điện tử, điện dân dụng và công nghiệp thải bỏ như bóng đèn compact,
bóng đèn huỳnh quang, máy vi tính, máy in, máy fax, máy chụp ảnh, máy quay phim,
máy điện thoại di động, máy tính bảng; hóa chất sử dụng trong công nghiệp, nông
nghiệp, thủy sản và thuốc sử dụng cho người đã hết thời hạn sử dụng...
Ở Việt Nam, khi Luật Bảo vệ môi trường được ban hành thì các cơ sở cũng đã có hình
thức thu mua lại pin ắcquy cũ để tái chế, thu hồi chì để tái sản suất. Tuy nhiên giá thu
mua không cao và địa điểm thu mua thưa thớt khiến người dân đem bán chúng cho những
18
chỗ thu mua đồng nát – với giá cao hơn và có người thu mua đến tận nhà. Đó là đối với
ắcquy, còn các loại pin như pin tiểu, do kích thước quá nhỏ nên người thu mua cũng
không quan tâm đến loại này. Pin sử dụng xong chủ yếu người dân vứt chung với rác sinh
hoạt thường ngày, sau đó chúng sẽ được chôn lấp tại các bãi chôn lấp. Riêng đối với pin
Li-ion (trong điện thoại, máy tính xách tay…), người dùng có thể đem pin cũ để nhận các
ưu đãi khi mua pin mới. Pin cũ này sẽ được nhà phân phối cho vận chuyển trở lại nơi sản
xuất để tái chế.
Hình 3.3. Hoạt động thu gom chất thải nguy hại
19
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Dominic A. Notter; * Marcel Gauch; Rolf Widmer; Patrick Wager; Anna Stamp; Rainer
Zah; Hans-jorg Althaus. Contribution of Li-Ion Batteries to the Environmental
Impact of Electric Vehicles. Environ. Sci. Technol. 2010, 44, 6550-6556
Tài liệu web
/>
20
PHỤ LỤC
Tiêu chuẩn phát thải Euro đối với xe hơi con
Bậc
Ngày có hiệu
lực
CO
THC NMHC NOx HC+NOx
PM
Diesel
0.14
Euro 1 July 1992
2.72 (3.16) -
-
-
0.97 (1.13)
Euro 2 January 1996
1.0
-
-
-
0.7
0.08
Euro 3 January 2000
0.64
-
-
0.50
0.56
0.05
Euro 4 January 2005
0.50
-
-
0.25
0.30
0.025
Euro 5 September 2009 0.50
-
-
0.180 0.230
Euro 1 July 1992
2.72 (3.16) -
-
-
0.97 (1.13) -
Euro 2 January 1996
2.2
-
-
-
0.5
-
Euro 3 January 2000
2.3
0.20
-
0.15
-
-
Euro 4 January 2005
1.0
0.10
-
0.08
-
-
Euro 5 September 2009 1.0
0.10
0.068
0.060 -
(0.18)
0.005
Petrol (Gasoline)
21
0.005
