Dù doanh số vẫn còn rất thấp, nhưng những chiếc xe điện như của Tesla đang trở thành xu hướng trên toàn cầu với ngày càng nhiều các nhà sản xuất ô tô tham gia vào cuộc đua mới mẻ này. Nhưng lúc này lại có một câu hỏi khác được đặt ra: Liệu chúng ta có đủ trữ lượng Lithium để đáp ứng nhu cầu pin cho xe điện hay không?
Đối với xe chạy điện, các khối pin cũng cần thiết giống như xăng dầu đối với xe ô tô truyền thống vậy. Và công nghệ pin phổ biến nhất thế giới hiện tại chính là pin Lithium-Ion, vậy thử tưởng tượng nếu thay thế hàng tỷ chiếc ô tô trên toàn cầu hiện nay bằng xe chạy điện, liệu trữ lượng Lithium trong lòng đất có đáp ứng đủ hay không?
Trước tiên, thế giới sẽ cần bao nhiêu chiếc xe điện?
Ước tính của các nhà khoa học cho thấy, đến giữa năm 2010, trên toàn thế giới đã có hơn 1 tỷ chiếc ô tô được đăng ký. Và với nhịp độ sản xuất khoảng 100 triệu ô tô mới mỗi năm, cho dù không phải chiếc ô tô nào cũng được bán, các con số ước tính cho thấy đến năm 2035 sẽ có khoảng 1,8 tỷ ô tô được sử dụng trên toàn cầu.
Như vậy, nếu để xe điện thay thế hoàn toàn cho xe ô tô truyền thống, thế giới sẽ cần khoảng 2 tỷ chiếc ô tô điện để tạm đạt đến mức độ bão hòa trên toàn cầu.
Và để dễ dàng xác định nhu cầu pin trên toàn cầu, chúng ta sẽ giả định 2 tỷ chiếc ô tô điện của tương lai đều là những chiếc Tesla với khối pin 70kWh bên trong (tương đương khối pin trong chiếc Tesla Model S).
Gầm xe Tesla là nơi đặt các viên pin Lithium-Ion
Trong khi có nhiều bất đồng về hàm lượng Lithium trong mỗi khối pin dành cho xe điện (do khác biệt về hàm lượng Lithium trong cực âm, cực dương cũng như chất điện phân của mỗi công nghệ pin), một báo cáo khá chi tiết được công bố vào năm 2012 của nhà nghiên cứu Duncan Kushnir tại Đại học Chalmers của Thụy Điển đã ước tính, trung bình có khoảng 160g kim loại Lithi trong mỗi kWh của pin Lithium-Ion. Như vậy, mỗi khối pin 70kWh sẽ cần khoảng 11-12 kg kim loại Lithium.
Mặc dù vậy, điều cần chú ý rằng Lithium được sử dụng trong các loại pin hiện nay đều ở dưới dạng phân tử Lithium Carbonnate (Li2CO3) với chỉ 19% hàm lượng là kim loại Lithium. Do vậy, với mỗi khối pin 70kWh sẽ cần khoảng 63 kg Lithium Carbonnate.
Như vậy, với một phép tính toán học đơn giản, ta có thể thấy lượng kim loại Lithium cần thiết cho 2 tỷ chiếc ô tô điện trên toàn thế giới trong tương lai sẽ rơi vào khoảng 24 triệu tấn. Một con số khổng lồ so với sản lượng 85.000 tấn Lithium sản xuất vào năm 2018.
Tuy nhiên, liệu trữ lượng Lithium trong lòng đất có đủ để đáp ứng cho nhu cầu khổng lồ này?
Theo dữ liệu của trang Statista năm 2019, trữ lượng các mỏ Lithium đã được phát hiện trên toàn thế giới ước đạt vào khoảng hơn 15 triệu tấn. Mới nhìn qua, tưởng chừng như Trái đất không có đủ trữ lượng Lithium để thế giới có thể sống xanh hơn, tuy nhiên mọi việc cũng không quá tồi tệ như vậy.
Trữ lượng các mỏ Lithium đã được phát hiện trên thế giới
Trên thực tế, con số trên được ước tính từ trữ lượng các mỏ muối Lithium đã phát hiện. Với nhu cầu và mức giá Lithium hiện nay, việc khai thác Lithium từ các mỏ muối và một số mỏ đá cứng đang là những phương pháp kinh tế nhất, trong khi đó nhiều mỏ khác cũng có trữ lượng Lithium lớn nhưng không mang lại hiệu quả kinh tế cao so với mức giá hiện nay khiến các nhà đầu tư ngần ngại rót tiền vào thăm dò khai thác.
Theo ước tính của các nhà địa chất, Lithium là nguyên tố còn phổ biến hơn cả chì trong lớp vỏ Trái Đất với trữ lượng khoảng 20 ppm (20 phần triệu khối lượng vỏ trái đất, tương đương 4*1014 tấn, khoảng 400.000.000.000.000 tấn hay 400 triệu triệu tấn) – một con số quá khổng lồ so với những gì đang khai thác hiện nay, thế nhưng đại đa số chúng lại có chi phí khai thác quá đắt đỏ.
Một ví dụ của điều này là trữ lượng Lithium trong nước biển. Trung bình có khoảng 1,7 mg/l (miligam trên mỗi lít nước biển) và với khoảng 1,4 tỷ km3 nước biển (mỗi km3 bằng 1.000 tỷ lít) sẽ có khoảng 2,4 nghìn tỷ tấn Lithium trong nước biển. Dù có trữ lượng lớn đến như vậy, nhưng hàm lượng quá thấp của nó trong nước biển khiến việc khai thác trở nên rất khó khăn và đắt đỏ.
Một mỏ muối Lithium đang trong quá trình khai thác.
Mặc dù vậy, trong khi nhu cầu đối với Lithium dành cho pin xe điện tăng cao sau mỗi năm, nó cũng trở thành động lực khiến các nhà đầu tư rót thêm vốn vào việc tìm kiếm các mỏ mới, cũng như các phương pháp khai thác Lithium mới hiệu quả hơn.
Công nghệ pin sẽ còn tiến bộ trong tương lai
Bên cạnh đó, nhu cầu về pin điện tăng cao cũng đang khuyến khích việc nghiên cứu phát triển các loại pin mới, có mật độ năng lượng cao hơn, cũng như an toàn hơn so với các công nghệ pin hiện đại. Riêng tại nước Mỹ đã có hàng trăm phòng thí nghiệm nhận được các khoản tài trợ từ Bộ Quốc phòng Mỹ hoặc DARPA để phát triển các loại hóa chất mới dành cho pin.
Vào đầu năm nay, nhà nghiên cứu Mahdokht Shaibani cùng các đồng nghiệp của trường Đại học Monash tại Melbourne, Úc, đã phát triển thành công pin Lithium-Sulfur, có mật độ năng lượng cao gấp 5 lần pin Lithium-Ion với cùng khối lượng, cũng như bền bỉ hơn. Mật độ năng lượng cao hơn hứa hẹn sẽ giúp giảm đáng kể khối lượng Lithium cần dùng trong mỗi khối pin, cũng như giảm nguy cơ thiếu hụt nguồn cung nguyên liệu quan trọng này trong tương lai.
Quang cảnh mỏ muối Lithium từ trên cao
Và chắc chắn rằng công nghệ pin vẫn chưa dừng lại ở đây khi những tiến bộ về công nghệ pin đang tăng tốc nhanh chóng trong những năm gần đây để bắt kịp nhu cầu tăng vọt về xe điện. Với các tiến bộ đó, có lẽ tương lai về việc cạn kiệt nguồn cung Lithium sẽ khó có thể đến trong tương lai gần.
Trong khi chúng ta có thể yên tâm về nguồn cung Lithium, những kim loại khác dùng trong pin Lithium-Ion như Nikel và Cobalt mới là các nguyên tố đáng lo ngại về nguồn cung trong tương lai.
Nhưng một lần nữa, chúng ta lại thấy công nghệ pin đang đi xa như thế nào trong vấn đề này. Từ giữa tháng Hai vừa qua, Tesla đã bắt đầu đàm phán với hãng CATL, một công ty sản xuất pin Trung Quốc về việc mua các loại pin Lithium không dùng Cobalt – một trong những kim loại đắt tiền nhất trong pin xe điện cũng như gây ra các vấn đề về đạo đức và môi trường trong khi khai thác.
Chắc chắn trong tương lai không xa, những công nghệ pin khác tiên tiến hơn không chỉ giúp thế giới loại bỏ việc phụ thuộc vào các nguồn năng lượng hóa thạch, mà cả việc phụ thuộc vào nguồn cung của những kim loại hiếm này.