VINACHEM

Đầu năm 2017, 1 tấn coban có giá khoảng 32.500 USD, nhưng đến tháng 3/2018 giá 1 tấn kim loại này đã lên đến 81.000 USD. Nhìn chung, từ năm 2016 đến nay giá coban đã tăng chóng mặt. Nguyên nhân của hiện tượng này là nhu cầu ắc quy dùng cho xe ôtô điện.

Coban là thành phần thiết yếu trong ắc quy ion liti đang được sử dụng rộng rãi trong điện thoại di động cũng như máy tính xách tay. Trong thời gian tới, loại ắc quy này cũng được dự báo sẽ đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng trên thế giới. Theo một chuyên gia phân tích thị trường tại Công ty Minerals Intelligence, nhu cầu lưu trữ năng lượng bằng ắc quy sẽ tăng đến 709 GWh vào năm 2026, gấp 7 lần so với nhu cầu năm 2017 là 102 GWh.

Nhiều công ty chế tạo xe ôtô như General Motor, Honda, Tesla, BMW, Ford, BYD và Nissan đều đang sử dụng ắc quy ion liti trong xe ôtô điện của mình.

Nhìn chung, nhu cầu ắc quy ion liti xuất phát từ các thiết bị điện tử tiêu dùng cũng như các hệ thống lưu trữ năng lượng tái sinh, nhưng nhu cầu lớn nhất đến từ lĩnh vực xe ôtô điện mà chính phủ các nước trên thế giới đang hỗ trợ phát triển để thay thế cho các loại xe chạy xăng gây ô nhiễm môi trường. Tháng 7/2017, chính phủ Anh đã công bố kế hoạch loại bỏ dần và chấm dứt việc bán xe ôtô chạy xăng và điêzen vào năm 2040. Các quốc gia EU cũng đã thắt chặt giới hạn phát thải CO2 nhằm mục đích khuyến khích người dân chuyển sang sử dụng xe ôtô điện. Đồng thời, ấn Độ đang có kế hoạch thay thế toàn bộ xe ôtô trên toàn quốc bằng xe ôtô điện vào năm 2030. Tại Mỹ, chính quyền bang California đặt ra mục tiêu 5 triệu xe ôtô điện vào năm 2030. Còn tại Trung Quốc, xe ôtô điện được xem như giải pháp cứu cánh cho các thành phố đang bị bao phủ trong khói mù ô nhiễm, chính phủ đã đưa ra những gói trợ cấp cho người sử dụng và các nhà sản xuất để hỗ trợ người dân sử dụng xe ôtô điện.

Vai trò của coban trong ắc quy ion liti

Trong ắc quy ion liti, coban là thành phần then chốt của catôt. Vật liệu catôt trong ắc quy này phải có cấu trúc tinh thể tương ứng để hỗ trợ sự di chuyển của ion liti, nó phải đủ bền để chịu được tác động ra vào của ion liti mà không thay đổi cấu trúc, có quỹ đạo trống chấp nhận điện tử để cân bằng việc nạp ion và phải có công suất đủ lớn để lưu trữ tối đa ion liti. Các oxit kim loại chuyển tiếp đáp ứng những yêu cầu này ở một số mức độ, nhưng coban đạt hiệu quả cao nhất.

Catôt đầu tiên trong ắc quy ion liti đầu tiên, do John Goodenough phát minh, là catôt làm từ oxit coban liti. Việc kết hợp giữa catôt này với anôt graphit đã tạo thành ắc quy có mật độ năng lượng cao nhất trong số các ắc quy ion liti thương mại, nó trở thành ắc quy được sử dụng phổ biến trong điện thoại di động thông minh và máy tính bảng.

Ngày nay catôt coban oxit có chứa 60% coban và đạt mật độ năng lượng cao nhất trong loại catôt ắc quy ion liti. Catôt coban là lựa chọn tốt nhất cho các thiết bị điện tử cầm tay, nơi mà mật độ năng lượng tính theo thể tích là yếu tố quan trọng nhất. Các công ty sản xuất thiết bị điện tử không quan tâm đến giá của ắc quy ion liti trong điện thoại di động, vấn đề quyết định ở đây là thể tích mà nó chiếm dụng trong thiết bị.

Nhưng các nhà sản xuất xe ôtô điện lại có quan điểm khác. Một chiếc điện thoại thông minh sử dụng khoảng 10-20g coban, nhưng một chiếc xe ôtô điện sẽ cần đến 10-20kg coban cho ắc quy. Các công ty sản xuất xe ôtô điện sẽ gặp khó khăn khi phải mua coban với giá mà các nhà sản xuất thiết bị điện tử tiêu dùng có thể trả.

Tuy giá coban đã tăng rất mạnh trong năm 2017, các chuyên gia tin rằng sẽ không có trần giá cho nguyên liệu này, nó sẽ được bán cho nơi nào trả giá cao nhất, hiện nay là các nhà sản xuất điện thoại thông minh như apple và Samsung. Một số nhà phân tích cảnh báo, giá coban thậm chí có thể tăng đến mức kìm hãm sự phát triển của xe ôtô điện. Khi đó, các nhà sản xuất xe ôtô sẽ phải tập trung tìm kiếm những vật liệu catôt sử dụng ít coban hơn.

Những yếu tố ảnh hưởng đến nguồn cung

Người tiêu dùng ngày nay có nhiều lựa chọn đối với các kiểu xe ôtô điện khác nhau. Tuy nhiên, giá ắc quy ion liti sẽ quyết định về việc xe ôtô điện sẽ được triển khai nhanh như thế nào, vì ắc quy ion liti chiếm đến một nửa giá thành của một chiếc xe ôtô điện thuần túy. Khi giá ắc quy ion liti còn ở mức 1.000 USD/ kWh như năm 2010, chi phí vật liệu chưa đóng vai trò quan trọng trong những chiếc ắc quy này. Nhưng khi giá ắc quy ion liti giảm xuống chỉ còn 100 USD/kWh (hiện tại dưới 140 USD/kWh), chi phí vật liệu cơ bản chiếm đến 70% giá thành một chiếc ắc quy ion liti.

Sau một thời gian dài, lần đầu tiên các nhà sản xuất ắc quy quy mô lớn đã tăng giá bán sản phẩm của mình. Nguyên nhân chủ yếu là do sự tăng giá của những nguyên liệu then chốt như liti và coban. Đặc biệt, hiện tại coban đang đóng vai trò lớn và là một trong những đề tài đang được đề cập nhiều nhất trong ngành sản xuất ắc quy.

Giá cobal đã tăng không ngừng do nhu cầu tăng mạnh từ phía các nhà sản xuất ắc quy quy mô lớn. Các công ty sản xuất hàng điện tử tiêu dùng và các hãng chế tạo xe ôtô đang gây áp lực lên nguồn cung, trong khi đó nguồn cung này lại đang bị kiềm chế bởi một số yếu tố liên quan đến kinh tế, chính trị và địa lý. Có thể kể đến một số yếu tố chính hiện nay như sau:

Yếu tố kiềm chế thứ nhất là coban chủ yếu được khai thác ở dạng sản phẩm phụ trong quá trình khai thác niken và đồng. Trên thế giới có rất ít mỏ coban, trong đó mỏ Bou Azzer ở Marốc là mỏ lớn nhất. Vì vậy, sản xuất coban liên kết chặt chẽ với nhu cầu đồng và niken. Theo một chuyên gia về ắc quy tại Đại học Tổng hợp California (Mỹ), tình hình tồi tệ nhất sẽ xảy ra đối với ngành sản xuất ắc quy là khi kinh tế thế giới rơi vào suy thoái. Trong trường hợp đó, nhu cầu thép không gỉ sẽ giảm mạnh, kéo theo nhu cầu niken giảm. Sản lượng khai thác niken thấp cũng có nghĩa là sản lượng coban sẽ thấp, vì không công ty nào sẽ tăng khai thác niken chỉ để tăng sản lượng coban thu được.

Yếu tố kiềm chế thứ hai là chuỗi cung ứng coban hiện đang bị chi phối bởi hai công ty và một quốc gia duy nhất - Cộng hòa Cônggô. Một số nước khác như Canađa, Ôxtrâylia, Philipin và Madagascar cũng có mỏ coban, nhưng nguồn cung coban của Cônggô vượt trội hơn hẳn, chiếm 2/3 sản lượng coban toàn cầu năm 2017. Sản lượng coban tại các nước khác bị chia nhỏ, không nước nào trong số những nước đó chiếm đến 10% nguồn cung coban toàn cầu. Tình trạng này khiến cho các nhà sản xuất ắc quy hết sức lo ngại, đặc biệt là trong bối cảnh tình hình bất ổn ở Cônggô, khi các xung đột sắc tộc kèm theo chiến tranh và các cuộc nổi dậy liên tiếp xảy ra kể từ thập niên 1970 đến nay. Hơn nữa, tệ nạn khai thác quặng bất hợp pháp, sử dụng lao động cưỡng bức và lao động trẻ em đang diễn ra phổ biến tại đây.

Hiện nay, tổng sản lượng coban toàn cầu đạt khoảng 100.000 tấn/năm. Năm 2017, ngành sản xuất ắc quy đã tiêu thụ khoảng 48.000 tấn coban. Theo dự báo của các chuyên gia trong ngành, đến năm 2025 ngành sản xuất này sẽ cần 127.000 tấn coban/năm. Vì vậy, nguồn cung coban sẽ phải tăng rất mạnh mới có thể đáp ứng nhu cầu.

Một trong những xu hướng hợp lý là tái chế ắc quy để thu hồi kim loại. Tuy nhiên, quy trình tái chế ắc quy ion liti phức tạp hơn nhiều so với tái chế ắc quy chì axit và chu kỳ hoàn vốn thường là khoảng 8 năm. Hiện nay, các nhà sản xuất không áp dụng các phương pháp tái chế tự động do không có đủ khối lượng ắc quy đã qua sử dụng.

Các cơ sở tái chế tốt nhất có thể sẽ xuất hiện ở Trung Quốc vì đây là địa điểm hoạt động của hai phần ba các nhà sản xuất catôt ắc quy. Trung Quốc cũng tinh chế khoảng 57% nguyên liệu coban trong năm 2017 và sản xuất hơn 80% muối coban dùng cho ắc quy. Các nhà quan sát cho rằng, hiện Trung Quốc đã tái chế phần lớn coban trong ắc quy ion liti.

Ngoài coban, liti là thành phần quan trọng khác trong ắc quy ion liti. Năm 2017, 40% nguồn cung liti toàn cầu được khai thác từ các hồ muối ở Achentina, Chilê và Trung Quốc. Trong khi đó, sản lượng liti từ các mỏ khoáng chất đạt 233.000 tấn năm 2017 (tính theo đương lượng liti cacbon), chiếm 60% nguồn cung. Những mỏ này chủ yếu nằm ở Ôxtrâylia, Trung Quốc, Zimbabuê và Bồ Đào Nha. Khối lượng tiêu thụ liti năm 2017 đạt khoảng 217.000 tấn.

Nhưng giá liti tăng đã thúc đẩy các nhà sản xuất mở rộng nguồn cung và mở ra các mỏ mới. Công ty nghiên cứu thị trường Roskill dự kiến sẽ có tình trạng cung vượt cầu đáng kể về liti khai thác từ các mỏ trong thời gian 2017-2018. Mặc dù vậy, thị trường sẽ cần các nguồn cung mới từ giữa thập niên 2020. Hiện nay, nhiều dự án sản xuất liti đang được phát triển. Trữ lượng liti trên thế giới phân bố khá rộng và vấn đề khai thác đủ liti sẽ không phải quá khó khăn. Nguồn cung niken, mangan và graphit tự nhiên cũng có khả năng đủ để đáp ứng yêu cầu dự kiến về ắc quy ion liti trong tương lai.

Xu hướng nghiên cứu vật liệu catôt mới

Một trong những catôt đang được ưa chuộng hiện nay để sử dụng cho một số loại xe ôtô điện là catôt với thành phần liti sắt phốtphat. Loại catôt này đang được Công ty BYD sử dụng cho xe bus điện. Trong khi đó, Công ty Nissan sử dụng một số ắc quy với catôt chứa liti magan oxit. Nhưng hầu hết các nhà sản xuất xe ôtô điện đều sử dụng các loại catôt có chứa liti niken coban mangan oxit (gọi tắt là NCM) do hàm lượng năng lượng cao của chúng. Đặc biệt, các công ty Panasonic và LG Chem đang tập trung phát triển loại catôt này.

Công ty Tesla của Mỹ sử dụng các loại catôt với thành phần hóa học hơi khác, đặc biệt là liti niken coban nhôm. Các nhà sản xuất khác không đi theo hướng này. Mỗi chiếc ôtô của Tesla sử dụng trung bình 6-9kg coban, trong khi đó các nhà sản xuất khác sử dụng ắc quy kiểu NCM có thể phải sử dụng lượng coban gấp đôi. Vì vậy, Công ty phân tích thị trường Wood Makenzie ước tính nhu cầu coban cho xe ôtô điện sẽ tăng gấp 4 lần vào năm 2020 và gấp 11 lần vào năm 2025.

Trong các phòng thí nghiệm trên thế giới, các nhà nghiên cứu vẫn tiếp tục tìm tòi sáng chế những loại ắc quy liti mới, nhưng việc phát triển chúng thành sản phẩm thương mại lại là một vấn đề khác. Hiện nay, các hệ ắc quy mới như liti không khí hoặc liti lưu huỳnh vẫn chưa đủ chín muồi về mặt công nghệ.

Tại Đại học Imperial Luân Đôn (Anh), các nhà khoa học đang thử nghiệm những vật liệu catôt không chứa NCM, chúng được gọi là liti niken oxit tính năng cao với triển vọng sẽ có mật độ năng lượng cao, sử dụng ít coban. Nếu thành công thì đây sẽ là một bước tiến lớn, có khả năng cải thiện cả hiệu quả và chi phí sản xuất ắc quy để đáp ứng nhu cầu xe ôtô điện ở quy mô lớn.

Tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (California, Mỹ), các nhà nghiên cứu đang khảo sát các loại catôt không lớp, cho phép sử dụng những kim loại như titan, mangan, vanađi hoặc molybden thay cho coban. Nhưng các chuyên gia trong ngành sản xuất ắc quy không kỳ vọng là những công nghệ mới như vậy sẽ sớm được đưa ra áp dụng trên thực tế. Những catôt NMC mà ngày nay đang được nghiên cứu cải tiến đã ra đời từ cách đây 20 năm và có thể cần ít nhất 10 năm nữa trước khi chúng được đưa ra thị trường.

Trong 1 hoặc 2 năm qua, giá catôt đã ngừng giảm do nguồn cung nguyên liệu không đáp ứng nhu cầu. Các chuyên gia cho rằng, trong thời gian tới nguồn cung hạn chế các nguyên liệu, đặc biệt là coban, có thể làm chậm quá trình chuyển đổi sang xe ôtô điện. Nếu giá ắc quy giảm xuống dưới 50 USD/ kWh, xe ôtô điện có thể sẽ có mặt ở khắp nơi, nhưng điều này sẽ không xảy ra nếu giá coban vẫn ở mức khoảng 200 USD/pao.

HS

Theo ChemistryWorld, 3/2018