Khoảng 8 năm về trước, Stora Enso - một doanh
nghiệp sản xuất giấy lớn tại Phần Lan nhận ra rằng thế giới đang thay
đổi. Sự trỗi dậy của công nghệ số khiến nhu cầu tiêu thụ giấy sụt giảm
liên tục. Điều đó khiến Stora Enso, một doanh nghiệp vốn tự nhận là “một
trong những công ty tư nhân sở hữu nhiều rừng nhất thế giới” - phải
tính đến phương án mới. Lựa chọn của họ tương đối bất ngờ là đầu tư vào
lĩnh vực pin cho xe điện.
Stora Enso chiêu
mộ đội ngũ kỹ sư để nghiên cứu khả năng sử dụng lignin - một loại
polymer có trong cây để thực hiện kế hoạch trên. Lignin chiếm khoảng 30%
trong thành phần cây (tùy thuộc vào loại cây) trong khi cellulose chiếm
phần nhiều còn lại. “Lignin là ‘keo dán’ của cây, giúp kết dính các sợi
cellulose với nhau và khiến cây cứng”, ông Lauri Lehtonen, lãnh đạo
Lignode - bộ phận nghiên cứu pin từ lignin của Stora Enso nói.
Gỗ có thể là vật liệu tiềm năng để sản xuất cấu phần pin xe điện. Ảnh: Reuters.
Là một polymer, lignin chứa carbon, nguyên tố thiết yếu trong anode của
các cục pin. Anode của pin lithium sử dụng trong điện thoại chủ yếu làm
từ than chì (một dạng thù hình của carbon). Các kỹ sư của Stora Enso
nhận thấy họ có thể chiết xuất lignin từ bột giấy thải, sau đó biến
lignin thành carbon để chế tạo anode pin. Hợp tác với một doanh nghiệp
Thụy Điển, công ty mong muốn khởi động sản xuất pin từ năm 2025.
Với việc xe điện đang ngày càng được người tiêu dùng ưa thích, thị
trường pin xe điện toàn cầu được cho sẽ tăng mạnh trong những năm tới.
Dù vậy, quy trình làm ra pin xe điện vẫn có nguy cơ đe dọa tới môi
trường. Trong bối cảnh này, nhiều nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đang
tìm kiếm nguồn vật liệu chế tạo pin bền vững hơn. Một số cho rằng câu
trả lời đến từ cây cối.
Về cơ bản, mọi cục
pin đều cần một cathode và một anode - lần lượt là cực dương và cực âm
của pin. Khi pin hoạt động, các phần tử mang điện (gọi là ion) sẽ di
chuyển qua hai cực này. Khi pin được sạc, các ion lithium và natri sẽ
“đi” từ cathode tới anode, nơi chúng “tạm trú” ở đó giống như cách các
xe hơi được gửi ở các bãi đỗ xe nhiều tầng, bà Jill Pestana, một nhà
khoa học chuyên về pin tại Mỹ cho hay.
“Đặc
điểm chính mà bạn mong muốn ở vật liệu tạo nên cấu trúc ‘bãi đỗ xe’ này
là việc chúng dễ dàng nhận vào và phóng ra lithium và natri, cũng như
không bị vỡ vụn”, bà Pestana nói. Khi pin được sử dụng, các ion sẽ di
chuyển trở lại về hướng cathode. Song song với quá trình này, electron
sẽ di chuyển trên dây điện, đem tới năng lượng cho phương tiện.
Theo bà Pestana, than chì là loại vật liệu tuyệt vời. Do đó, các vật
liệu thay thế (như cấu trúc carbon chế tạo từ lignin) cần phải chứng tỏ
hiệu quả nếu muốn thành công. Stora Enso không phải công ty duy nhất
đang tìm cách nghiên cứu tiềm năng ứng dụng của lignin vào ngành công
nghiệp pin. Bright Day Graphene, công ty đến từ Thụy Điển đã sử dụng
lignin để chế tạo graphene (một dụng thù hình khác của carbon).
Về phần mình, ông Lehtonen từ chối tiết lộ quy trình chi tiết để biến
lignin thành cấu trúc carbon cứng. Một trong những đặc điểm quan trọng
của cấu trúc carbon thu được là tính vô định hình. “Điều này thực tế
giúp các ion ra vào một cách linh động hơn”, ông Lehtonen nói.
Stora Enso tuyên bố họ có thể sản xuất pin lithium hoặc natri có khả
năng sạc trong 8 phút. Tốc độ sạc của pin là một trong những chỉ số
chính mà các nhà cung cấp xe điện muốn cạnh tranh để thu hút người dùng.
Ở bên kia Đại Tây Dương, giáo sư Wyatt Tenhaeff tại Đại học Rochester,
New York cũng chế tạo thành công anode từ lignin trong phòng thí nghiệm.
Giáo sư Tenhaeff cùng các cộng sự nhận thấy khi chế tạo anode từ
lignin, họ không cần phải sử dụng các vật liệu kết dính hay vật liệu thu
điện. Dù vậy, ông tỏ ra nghi ngờ về khả năng vật liệu từ lignin có thể
thay thế than chì về mặt thương mại. “Tôi không nghĩ rằng đây là thay
đổi lớn về giá thành hay hiệu suất đủ để giúp chúng thay thế than chì”,
ông nói.
Một vấn đề khác với việc sử dụng
lignin là yêu cầu bảo đảm các khu rừng cung cấp gỗ được khai thác một
cách bền vững. Về phần mình, Stora Enso khẳng định tỷ lệ bền vững đối
với nguồn cung của họ là 100%. Ngoài anode, lignin cũng có thể được sử
dụng để chế tạo chất điện phân, theo nghiên cứu của một nhóm nhà khoa
học Italy công bố tháng 4/2022. Chất điện phân là chất nằm giữa cathode
và anode, giúp ion có thể di chuyển giữa hai điện cực.
Giáo sư Gianmarco Griffini tại Đại học Bách khoa Milan cho biết chất
điện phân có thể được sản xuất từ dầu mỏ. Dù vậy, lignin có thể trở
thành vật liệu thay thế bền vững hơn. Trước khi sử dụng lignin làm chất
điện phân, nhóm nghiên cứu đã thử dùng vật liệu này để chế tạo vật liệu
dùng trong pin Mặt Trời. Dù vậy, hiệu quả không cao vì lignin có màu hơi
nâu (khiến chúng hấp thụ một phần ánh sáng). Trong pin, điều này không
là vấn đề. Nhóm nghiên cứu đã chế tạo một polymer dạng gel để làm chất
điện phân cho pin kali và đã cho kết quả tốt.
An Đông
Nguồn:https://www.moitruongvadothi.vn/san-xuat-pin-xe-dien-tu-go-a120942.html