Ngành công nghiệp pin lithium sẽ làm thay đổi cách sử dụng năng lượng

Pin lithium được sử dụng thương mại đầu tiên ở máy quay phim cầm tay vào năm 1991, tiếp đó được sử dụng ở laptop. Một thập kỷ sau đó, pin lithium đã thúc đẩy sự trỗi dậy của các tập đoàn công nghệ khổng lồ khi Apple sử dụng nó cho smartphone (điện thoại thông minh) và các thiết bị đeo, rồi xâm nhập vào lĩnh vực xe điện.

Trong quá trình đó, công nghệ cơ bản của pin lithium phần lớn vẫn như cũ: Các ion lithium di chuyển trong một dung dịch điện ly từ điện cực dương sang điện cực âm và ngược lại.

Tuy nhiên, giờ đây, pin lithium đang mở ra một sự khởi đầu mới khác. Nhờ chi phí giảm nhanh trong thập kỷ vừa qua, pin lithium đã đạt đến điểm bùng phát. Nó không chỉ đơn thuần sử dụng cho các sản phẩm tiêu dùng mà còn hứa hẹn sẽ chuyển đổi cách mà thế giới sử dụng năng lượng.

Trong lĩnh vực năng lượng, các hệ thống pin lithium giá rẻ đang giúp các công ty có thể trữ điện năng và tận dụng nguồn năng lượng tái tạo.

Trong ngành công nghiệp ô tô, pin lithium đang thách thức sự thống lĩnh của các động cơ được vận hành bằng xăng và dầu diesel. Chi phí pin giảm nhanh đến nỗi hầu hết các hãng xe đều kỳ vọng xe điện sẽ có giá bán ngang bằng xe chạy xăng trong vòng 5 năm tới.

Hỗ trợ cuộc chiến chống biến đổi khí hậu

Cơn bùng nổ của ngành công nghiệp pin có thể làm xói mòn nhu cầu dầu thô và các sản phẩm liên quan như xăng và khí tự nhiên, vốn đang được tiêu thụ nhiều ở các nhà máy điện khí.

Dù hoạt động khai khoáng và sản xuất pin cũng phát ra một lượng khí thải nhà kính nhất định, giới phân tích tin rằng làn sóng chuyển đổi sang sử dụng pin trong ngành công nghiệp ô tô và năng lượng sẽ giúp giảm lượng khí thải nhà kính tổng thể, củng cố nỗ lực chống biến đổi khí hậu.

Tại Mỹ, chỉ riêng các nhà máy điện ở Mỹ đã sản xuất gần 25% lượng khí thải nhà kính, còn các loại xe hạng nhẹ như xe hơi và xe tải van đóng góp thêm 17% lượng khí thải này.

Sự trỗi đậy của pin lithium tái sạc giờ đây là vấn đề an ninh quốc gia và là trọng tâm chính sách công nghiệp của nhiều nước bao gồm Mỹ. Kiểm soát các vật liệu pin và các quy trình sản xuất pin lithium đang trở thành vấn đề an ninh năng lượng mới trong thế kỷ 21 giống như vai trò của dầu thô trước đây.

Các nước và các công ty ở châu Á đang thống lĩnh nguồn cung pin lithium. Gần 65% pin lithium trên toàn cầu được Trung Quốc cung cấp. Để so sánh, không một nước nào sản xuất hơn 20% sản lượng dầu thô toàn cầu.

Các công ty pin lithium giờ đây đang phát triển các cấu hình pin mới chẳng hạn như pin lithium thể rắn. Dạng pin này sử dụng chất điện ly thể rắn như sứ, thủy tinh hoặc polymer thay cho các dung dịch điện ly. Chất điện ly dạng khô sẽ giúp pin không bị quá nóng và dễ dàng bắt lửa như chất điện ly lỏng, nâng cao tính an toàn.

Ngoài ra, chất điện ly dạng khô giúp tăng mật độ năng lượng của pin, cho phép xe chạy ở quãng đường xa hơn sau mỗi lần sạc. Bước tiến mới này hứa hẹn giảm mạnh chi phí sản xuất pin, giúp tiết kiệm hàng trăm, nếu không muốn nói là hàng ngàn tỉ đô la mỗi năm trong tương lai.

Chi phí pin giảm nhanh, giúp xe điện trỗi dậy

Năm 2008, Telsa giới thiệu chiếc xe điện thương mại đầu tiên vận hàng bằng pin lithium có tên gọi Tesla Roadster.
Một trong những lợi thế của Tesla là sớm phát hiện ra rằng có thể sử dụng các viên pin lithium ở laptop để vận hành xe.

Ban đầu, Tesla mua các viên pin lithium sử dụng cho laptop được sản xuất ở châu Á để lắp vào xe. Nếu như một bộ pin laptop cần khoảng 6 đến 12 viên pin lithium thì xe Roadster hai chỗ ngồi của Tesla cần sử dụng đến gần 7.000 viên pin lithium.

Giờ đây, hơn 2/3 tổng nguồn cung pin lithium của thế giới được sử dụng ở ô tô và tỷ lệ này dự kiến tăng lên mức 3/4 trước năm 2030, theo Công ty Benchmark Mineral Intelligence ở London (Anh).

Hồi tháng 1, Công ty điện lực Florida Power & Light đã khởi công xây dựng nhà máy trữ điện mặt trời lớn nhất thế giới ở hạt Manatee, bang Flordia.

Nhà máy này sẽ sử dụng 2,5 triệu viên pin lithium cỡ lớn, có thể cung cấp điện cho tổ hợp giải trí và nghỉ dưỡng Disney World rộng hơn 100 km² ở bang này trong liên tục 7 giờ. Để đáp ứng nhu cầu dự báo sẽ tăng mạnh, sản lượng lithium toàn cầu từng được sử dụng để chế tạo bom nguyên tử, đã tăng gấp ba lần trong thập kỷ qua.

Theo dự báo của Ngân hàng đầu tư UBS, mức chênh lệch chi phí này sẽ giảm về mức 1.900 đô la Mỹ vào năm 2022. Ken Morris, Giám đốc xe điên của General Motors, kỳ vọng mức ngang bằng chi phí sẽ đạt được trong 5 năm tới. Các hãng xe như Volkswagen, Tesla và General Motors đang nỗ lực giảm chi phí pin xuống thấp hơn nữa khi họ chạy đua giành ưu thế trên thị trường xe điện.

Tính trên toàn cầu, xe điện vận hành bằng pin lithium chiếm khoảng 4% tổng xe mới được tiêu thụ vào năm ngoái ở các thị trường lớn nhất thế giới gồm Mỹ, châu Âu và Trung Quốc, tăng so với tỷ lệ 1% vào năm 2017, theo dữ liệu của Ngân hàng Deutsche. Ngân hàng này dự báo xe điện sẽ chiếm 21% thị phần xe hơi toàn cầu vào năm 2025.

Nhà máy trữ điện bằng pin đe dọa nhà máy điện truyền thống

Trong ngành năng lượng, trong hơn một thế kỷ vừa qua, mạng lưới truyền tải điện chỉ được xây dựng với công suất vừa đủ để tiếp nhận sản lượng điện. Nguồn cung điện phải duy trì liên tục trong mỗi giây để đáp ứng nhu cầu vì không có cách nào trữ điện để sử dung vào lúc khác.

Để giải quyết vấn đề này, trong những thập kỷ gần đây, nhiều nước đã xây dựng các nhà máy điện khí, sẵn sàng đáp ứng nhu cầu năng lượng tăng thêm trong suốt những ngày nóng nhất là lạnh nhất

Giờ đây, các nhà máy trữ điện bằng pin lithium đang bắt đầu thay thế vai trò của các nhà máy điện khí này ở một số nơi ở nước Mỹ. Các nhà máy nàythường trữ năng lượng từ các trang trại điện mặt trời. Ngoài ra, chúng cũng có thể tích điện giá rẻ từ lưới điện vào thời gian thấp điểm trong ngày. Sau đó, chúng sẽ cung cấp điện trở lại vào thời gian cao điểm buổi tối khi mặt trời lặn

Các công ty điện lực đang nhắm đến một bước đi đột phá khác: xây dựng các nhà máy pin trữ điện có thể tích trữ từ các trang trại điện gió và điện mặt trời và phát vào lưới điện không chỉ trong một vài giờ cao điểm sau khi mặt trời lặn. Điều này không chỉ đe dọa các nhà máy điện khí mà còn nhiều nhà máy điện truyền thống khác được xây dựng nhờ vốn vay với giả định họ có thể cạnh tranh bán điện suốt mọi giờ trong ngày trong nhiều thập kỷ.

Chris McKissack, Giám đốc điều hành Công ty GlidePath Power Solutions ở bang Illinois, ước tính sẽ có hơn 100 GW công suất trong tổng số 800 GW công suất của các nhà máy điện khí và điện than tại Mỹ, có thể trở nên không cần thiết và không còn tính khả thi kinh tế. Ông nói: “Điều này tạo ra cơ hội khổng lồ cho ngành công nghiệp trữ điện bằng pin”.

Tại bang Texas, nơi có thị trường điện cạnh tranh, các bài toán kinh tế đang thúc đẩy cơn bùng nổ sử dụng pin trữ điện cho các mạng lưới điện. Vào cuối năm 2020, các hệ thống pin lắp đặt ở bang này có khả năng cung cấp 215 MW điện. Công ty quản lý mạng lưới điện ở bang Texas dự báo sẽ có gần 2.000 MW điện từ các hệ thống pin ở bang vào năm 2023, đóng góp khoảng 4-5% nhu cầu điện của hệ thống lưới điện chính ở  bang này.

Chính quyền bang California và New York cũng đã giới thiệu các quy định bắt buộc các công ty cung cấp điện phải lắp đặt thêm các hệ thống pin trữ điện để giảm sự biến động giá và để tích hợp thêm nhiều năng lượng tái tạo.

Girish Balachandran, Giám đốc điều hành Công ty Silicon Valley Clean Energy, dự báo khí tự nhiên sẽ đóng góp một phần nhỏ hơn trong danh mục đầu tư sản xuất điện của công ty ở bang Califorinia khi có nhiều năng lượng gió và mặt trời hơn được tích trữ ở các hệ thống pin.

Theo Wall Street Journal