Các nhà sản xuất ô tô đối mặt với những thách thức kinh tế và hậu cần chưa từng có

Thách thức

Tái chế nhôm khép kín là một trong những thách thức lớn đối với các nhà sản xuất ô tô, với sự không phù hợp giữa hỗn hợp hợp kim mong muốn của nhà cung cấp và những gì hiện có trong dòng tái chế phế liệu.

Một nhóm chuyên gia tái chế kim loại tại Diễn đàn Công nghệ Nhôm hàng năm ở Detroit, được tổ chức vào tháng 11, lưu ý rằng các quy trình tái chế hiện tại tạo ra các hợp kim bị nhiễm các vật liệu lạ, như sắt và đồng, và dòng phế liệu hiện tại phần lớn bao gồm các phế liệu đã được tháo dỡ. Phương tiện từ khoảng 20 năm trước khiến nó không phù hợp với yêu cầu về trọng lượng nhẹ của phương tiện hiện đại.

Một khó khăn khác là sự chuyển đổi ngày càng tăng từ hợp kim đúc sang hợp kim rèn, đòi hỏi hàm lượng nguyên tố hợp kim và tạp chất thấp hơn so với những gì thường thấy trong phế liệu sau tiêu dùng.

Hậu quả là trong khi con số ấn tượng 91% nhôm phế liệu ô tô được tái chế ở Mỹ, rất ít trong số này vẫn còn tồn tại trong lĩnh vực ô tô và được đưa vào ngành xây dựng.

Tuy nhiên, sản xuất nhôm sơ cấp gây tốn kém về mặt môi trường, chiếm 3% lượng khí thải CO2 trực tiếp trong công nghiệp trên thế giới (270 triệu tấn khí thải CO2 trực tiếp vào năm 2022). Nhôm chiếm 35-50% lượng khí thải carbon vật chất của xe điện, so với 10-20% đối với các vật liệu pin khác.

Theo GlobalData, tiêu thụ và sản xuất nhôm trong lĩnh vực ô tô cũng đang tăng lên, do việc sử dụng thân xe, vỏ pin và cơ sở hạ tầng sạc ngày càng tăng, với sản lượng quặng bauxite toàn cầu dự kiến sẽ đạt 406 triệu tấn vào năm 2027. Tiêu thụ nhôm ô tô dự kiến ​​sẽ tăng khoảng 4 lần vào năm 2050.

Trong Báo cáo tác động năm 2022, Tesla đã báo cáo rằng nhôm chiếm 18% lượng phát thải thuộc phạm vi 3, đồng thời nhấn mạnh rằng quá trình phát triển hợp kim nội bộ của họ đang cho phép sử dụng đầu vào tái chế trong các ứng dụng hiệu suất cao.

Tuy nhiên, công ty cho biết “do tổng nhu cầu nhôm toàn cầu ngày càng tăng nên chỉ chuyển sang đầu vào tái chế là không đủ để ảnh hưởng đến mức độ thay đổi cần thiết để đạt được một ngành nhôm thực sự bền vững”, gợi ý về nhu cầu khử carbon trong sản xuất sơ cấp.

Một mô hình phân tích dòng nguyên liệu động được công bố vào tháng 3 cho thấy rằng quá trình khử carbon trong sản xuất ban đầu là không đủ để bù đắp tổng lượng khí thải carbon ngày càng tăng của nhôm trong ô tô. Các tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Quá trình chuyển đổi công nghệ trong quá trình khử cacbon cần có thời gian. Việc tăng lượng khí thải carbon hàng năm cho đến năm 2030 dường như là không thể tránh khỏi, khiến việc giảm thiểu sự gia tăng lượng khí thải tích lũy trở nên khó khăn, thước đo phù hợp nhất để đo lường sự đóng góp của ngành đối với biến đổi khí hậu”.

Trước nhu cầu nhôm ngày càng tăng, các nhà nghiên cứu cho biết “nếu không triển khai công nghệ phân loại hợp kim, tất cả các kịch bản đều dẫn đến dư thừa phế liệu bắt đầu trong những năm tới và tăng lên hơn 10 triệu tấn/năm vào năm 2050, nhấn mạnh sự cần thiết của các công nghệ như vậy để hỗ trợ quá trình chuyển đổi sang di chuyển bằng điện.”

Kỹ thuật hướng tới tái chế nhôm khép kín

Một giải pháp là các OEM thiết kế những chiếc ô tô có khả năng chịu “phế liệu bẩn” cao hơn. Ví dụ, Jaguar Land Rover đã giảm nhu cầu về nhôm nguyên sinh từ 40-50% xuống 25%, sau khi hoàn thành dự án nghiên cứu kéo dài 3 năm thực tế (Nhôm tái chế thông qua công nghệ tiên tiến) nhằm xem xét cách tái chế chất thải nhôm để sử dụng trong những chiếc xe mới.

Arconic Corp là đơn vị cũng đang đổi mới trong lĩnh vực này, đã phát triển các hợp kim có khả năng tái chế được cải thiện và mức độ chấp nhận hàm lượng tái chế được cải thiện. Trong hồ sơ công ty vào tháng 5, họ tuyên bố rằng hợp kim C1A0 của mình đang được sử dụng trong một số mẫu xe điện phổ biến trên thị trường hiện nay.

Phát biểu tại Diễn đàn Công nghệ Nhôm vào tháng 11, Daniel Cooper, trợ lý giáo sư về kỹ thuật cơ khí tại Đại học Michigan cho biết, các công nghệ mới nổi như quang phổ phân tích do tia laser gây ra cũng đưa ra giải pháp để phân tách tốt hơn các họ hợp kim. Tuy nhiên, các công nghệ tháo dỡ và phân loại hợp kim này sẽ cần được phát triển và triển khai cùng tốc độ với quá trình chuyển đổi điện khí hóa để tránh phế liệu nhôm dư thừa.

Nghiên cứu về phương pháp điện phân ở trạng thái rắn để tái chế phế liệu không tinh khiết thành nhôm có độ tinh khiết cao cũng đang được tiến hành. Tuy nhiên, tính khả thi thực tế hoặc thương mại hóa thành công của nó vẫn chưa được chứng minh.

Các dấu hiệu đáng khích lệ khác bao gồm việc Audi của Volkswagen thực hiện thành công quy trình tái chế nhôm khép kín tại ba nhà máy ở Neckarsulm, Ingolstadt và Győr, giúp tiết kiệm 633.881 tấn CO2 kể từ năm 2017.

Mercedes-Benz cũng bày tỏ ý định “chuyển toàn bộ chuỗi giá trị của mình thành một vòng khép kín”. Tháng 12 năm 2022, họ tiết lộ rằng họ đã ký một ý định thư với nhà sản xuất nhôm Hydro để phát triển và sản xuất nhôm “gần như không có CO2” và khám phá các giải pháp thực hiện tái chế vòng kín.