ThS. Nguyễn Hoài Nam

Khoa Quản lý công nghiệp và Năng lượng – Trường Đại học Điện lực

Tóm tắt

Trong ngành công nghiệp ô tô, sự chuyển đổi sang sản xuất cũng như xu hướng sử dụng xe điện (EV) đang ngày càng trở nên phổ biến, nhằm giảm thiểu phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường. Điều này phản ánh xu hướng tiên phong của các nhà sản xuất trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu và bảo vệ môi trường. Mặc dù được xem là bước tiến công nghệ đột phá thay thế xe chạy bằng xăng dầu, câu hỏi về sự thân thiện với môi trường của xe điện vẫn còn nảy sinh. Nghiên cứu này sẽ phân tích chi tiết các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ ô nhiễm của xe điện, bao gồm cả quy trình sản xuất pin và nguồn năng lượng sử dụng cho việc sạc pin, nhằm cung cấp cái nhìn toàn diện về tác động môi trường của công nghệ này và vai trò của nó trong việc thúc đẩy sự bền vững toàn cầu.

Từ khóa: ô tô điện, tác động môi trường, phát triển bền vững

Summary

In the automotive industry, the transition to production and the trend of using electric vehicles (EVs) is becoming increasingly popular, to reduce dependence on fossil fuels and address environmental pollution issues. This trend reflects the pioneering tendency of manufacturers in the fight against climate change and environmental protection. Although EVs are considered a breakthrough technological advancement to replace gasoline-powered vehicles, questions about the environmental friendliness of EVs still arise. This study analyses in detail the factors that affect the pollution levels of EVs, including the battery manufacturing process and the energy sources used for charging the battery, to provide a comprehensive view of the environmental impact of this technology and its role in promoting global sustainability.

Keywords: electric cars, environmental impact, sustainable development

ĐẶT VẤN ĐỀ

Biến đổi khí hậu đã trở thành một trong những thách thức cấp bách nhất của nhân loại, với những hậu quả dài hạn đe dọa đến sự phát triển bền vững của tất cả các quốc gia. Trong bối cảnh này, việc hiểu rõ tác động môi trường của mỗi cá nhân và tổ chức là điều cần thiết. Hiệu ứng môi trường không chỉ là kết quả trực tiếp từ các hành động hàng ngày của chúng ta mà còn từ quá trình sản xuất và tiêu thụ. Mỗi hành động, từ việc sản sinh chất thải, đốt cháy nhiên liệu hóa thạch cho đến việc khai thác tài nguyên tự nhiên, đều góp phần vào sự gia tăng khí nhà kính trong khí quyển, thúc đẩy biến đổi khí hậu.

Khái niệm "dấu chân carbon" (carbon footprint) trở nên phổ biến khi thảo luận về tác động môi trường của con người. Dấu chân carbon đo lường lượng khí thải nhà kính mà các hoạt động của chúng ta sinh ra, bao gồm carbon dioxide (CO₂), methane (CH₄), nitrous oxide (N₂O) và các khí florua khác. Để đơn giản hóa việc so sánh, các khí này thường được quy đổi ra CO₂ tương đương, giúp ta có thể đánh giá một cách toàn diện tác động của từng hoạt động hoặc sản phẩm đến biến đổi khí hậu.

Xe điện xe điện được đánh giá là một phần quan trọng trong chiến lược toàn cầu nhằm giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu. Trong các lộ trình giảm thiểu, xe điện được xem là công cụ thiết yếu để giữ nhiệt độ toàn cầu tăng dưới mức 2°C hoặc 1,5°C, phù hợp với mục tiêu của Hiệp định Paris [1]. Một trong những lợi ích nổi bật của xe điện là khả năng cải thiện chất lượng không khí trong các đô thị. Không có ống xả, xe điện không phát thải CO₂ hay các chất độc hại khi vận hành, góp phần giảm ô nhiễm không khí đáng kể. Một chiếc xe điện được đăng ký là ô tô mới vào năm 2025 sẽ tạo ra lượng khí thải CO₂ ít hơn 32% trong suốt vòng đời của nó so với một chiếc ô tô diesel hiện đại. Con số này thậm chí còn cao hơn, ở mức 40% khi so sánh ô tô điện với ô tô chạy xăng. Điều này được hỗ trợ bởi các tính toán do Cơ quan Môi trường Liên bang thực hiện và công bố vào năm 2019 [2].

Mặc dù xe điện không phát thải trực tiếp khí nhà kính khi hoạt động, nhưng năng lượng sử dụng để sạc pin xe điện ở nhiều nơi trên thế giới vẫn được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch. Thêm vào đó, quá trình sản xuất xe điện, đặc biệt là sản xuất pin, tiêu thụ một lượng lớn năng lượng. Do đó, việc xác định chính xác lượng ô nhiễm do xe điện gây ra đòi hỏi xem xét một loạt các yếu tố, từ nguồn điện lưới địa phương, thời gian và cách thức sạc pin, điều kiện khí hậu đến quy trình sản xuất và cách sử dụng xe.

Bài báo này sẽ đi sâu vào các yếu tố này, nhằm cung cấp cái nhìn toàn diện về tác động môi trường của xe điện. Bằng cách phân tích các yếu tố như nguồn gốc năng lượng sử dụng, quy trình sản xuất và hành vi lái xe, chúng tôi hy vọng sẽ đưa ra được đánh giá chính xác hơn về vai trò của xe điện trong việc thúc đẩy sự bền vững toàn cầu và giảm thiểu biến đổi khí hậu.

CÁC YẾU TỐ PHÁT THẢI CARBON TỪ XE ĐIỆN

Nguồn sản xuất điện

Xe điện (EV) hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng từ các phản ứng điện hóa trong pin lithium-ion, thay vì dựa vào động cơ đốt trong như các xe chạy bằng xăng truyền thống. Với hệ thống này, xe điện có khả năng tích hợp các công nghệ tiên tiến như hệ thống phanh tái sinh, giúp chuyển đổi năng lượng động khi phanh xe thành điện năng để sạc lại pin, nâng cao hiệu suất hoạt động.

Tuy nhiên, xe điện vẫn có tác động môi trường đáng kể, phụ thuộc nhiều vào nguồn điện sử dụng để sạc pin. Ở nhiều quốc gia, điện được sản xuất từ các nhà máy sử dụng nhiên liệu hóa thạch, vốn phát thải lượng lớn khí nhà kính. Chẳng hạn, năm 2021 Trung Quốc dựa vào khoảng 64% điện từ các nhà máy than, gây hại lớn cho môi trường [3]. Ngược lại, Đức có hệ thống năng lượng đa dạng hơn, bao gồm cả năng lượng tái tạo như gió và năng lượng mặt trời, mặc dù vẫn sử dụng một phần năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch [4]. Theo số liệu tổng quan về nguồn điện tại Việt Nam năm 2023 (Hình 1), Việt Nam vẫn phụ thuộc khá nhiều vào các nhà máy than lên tới 33,2% [5].

Hình 1: Cơ cấu công suất nguồn điện toàn hệ thống đến cuối năm 2023 của Việt Nam [5]

Một trong những chỉ số quan trọng để đánh giá mức độ phát thải khí nhà kính từ việc sản xuất điện của một quốc gia đó chính là hệ số phát thải lưới điện (Grid Emission Factor - GEF). Theo như Cục biến đổi khí hậu Việt Nam công bố hệ số phát thải lưới điện Việt Nam năm 2022 đạt 0.6766 tCO₂/MWh trong khi đó một số quốc gia sử dụng nguồn năng lượng tái tạo chiếm tỷ trọng lớn, như: Na Uy đạt 0,18 tCO₂/MWh [6], Pháp đạt 0,39 tCO₂/MWh [8] hay Đức đạt 0,434 tCO₂/MWh [7]. Điều này cho thấy, việc sử dụng điện ở mỗi quốc gia khác nhau sẽ có tác động tới môi trường khác nhau, phụ thuộc rất lớn vào nguồn sản xuất điện ở mỗi quốc gia.

Khí hậu địa phương

Như chúng ta đã biết, hiệu suất làm việc của xe điện phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện hoạt động của pin, một trong số những điều kiện đó chính là điều kiện khí hậu. Các nghiên cứu của Đại học Carnegie Mellon đã chỉ ra rằng xe điện hoạt động trong các khu vực có khí hậu khắc nghiệt có thể tiêu thụ nhiều năng lượng hơn bình thường. Trong những khu vực có thời tiết cực kỳ lạnh, lượng tiêu thụ năng lượng có thể tăng đến 40% [9]. Nguyên nhân chính là do quá trình hóa học trong pin lithium-ion chậm lại trong điều kiện lạnh, dẫn đến việc tăng cường sử dụng năng lượng cho hệ thống sưởi và các hệ thống điện phụ khác. Không chỉ trời lạnh, thời tiết nắng nóng điển hình như tại Việt Nam cũng ảnh hưởng đến dung lượng pin của nhiều mẫu ô tô điện, khiến phạm vi hoạt động giảm khoảng 30% so với thông thường [10].

Tuy nhiên, với những tiến bộ liên tục trong công nghệ pin, hiệu suất của xe điện đang ngày càng được cải thiện. Các nghiên cứu đang tập trung vào việc phát triển pin có khả năng sạc nhanh hơn và mật độ năng lượng cao hơn. Đồng thời, việc tích hợp các hệ thống làm mát hiệu quả giúp bảo vệ pin khỏi ảnh hưởng tiêu cực của nhiệt độ cao. Những cải tiến này hứa hẹn sẽ nâng cao hiệu suất của xe điện trong cả điều kiện thời tiết khắc nghiệt, củng cố vị thế của chúng như một phương tiện giao thông xanh và bền vững.

Nhà máy sản xuất pin và xe điện

Một phần lớn tác động môi trường của xe điện đến từ quá trình sản xuất pin và xe (Hình 2). Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, các giai đoạn sản xuất pin và xe là những nguồn phát thải khí nhà kính lớn nhất trong suốt tuổi thọ của một chiếc xe điện. Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn năng lượng và tạo ra nhiều khí thải hơn so với việc sản xuất một chiếc xe chạy bằng xăng.

Một thách thức môi trường khác là việc khai thác các kim loại như coban và lithium, các thành phần quan trọng của pin. Việc khai thác này không chỉ tiêu tốn năng lượng mà còn gây ra rủi ro cho môi trường và cộng đồng xung quanh. Mặc dù vậy, trong suốt tuổi thọ của mình, xe điện vẫn thể hiện ưu thế so với xe chạy bằng xăng nhờ vào lượng khí thải thấp hơn khi sử dụng.

Hình 2: Tác động môi trường của xe điện

Nguồn: Union of concerned Scientists [11]

Vị trí địa lý của nhà máy sản xuất pin cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tác động môi trường của xe điện. Các quốc gia với lưới điện sạch hơn, như Đức, nơi phần lớn năng lượng đến từ nguồn tái tạo và khí tự nhiên, sẽ có tác động môi trường thấp hơn so với các quốc gia phụ thuộc vào than, như Trung Quốc. Điều này khiến việc sản xuất pin EV tại Đức có thể ít tác động môi trường hơn từ hai đến ba lần so với tại Trung Quốc.

Tái chế pin

Việc tái chế pin xe điện là một khía cạnh quan trọng trong việc giảm thiểu tác động môi trường. Tuy nhiên, quá trình này hiện tại đối mặt với nhiều thách thức, từ việc khai thác kim loại từ pin cũ đến việc tích hợp chúng vào pin mới, đòi hỏi một lượng năng lượng đáng kể. Theo báo cáo của Chemical and Engineering News năm 2019, chưa đến 5% pin lithium-ion được tái chế trên toàn cầu [12].

Dù vậy, thị trường tái chế pin EV đang phát triển nhanh chóng và hứa hẹn sẽ mang lại lợi nhuận đáng kể trong tương lai. Thị trường tái chế pin lithium-ion toàn cầu được định giá 3,79 tỷ USD vào năm 2023 và dự kiến sẽ tăng trưởng đạt 23,21 tỷ USD vào năm 2032, với tốc độ tăng trưởng hàng năm kép (CAGR) là 22,75% trong giai đoạn dự báo. Khu vực Châu Á Thái Bình Dương dẫn đầu thị trường này với thị phần 90,77% vào năm 2023 [13].

Khám phá các cách sử dụng thay thế cho pin đã qua sử dụng, chẳng hạn như làm nguồn điện dự phòng cho các ngôi nhà hoặc thiết bị tiêu thụ ít năng lượng hơn, cũng là một chiến lược hiệu quả. Các nhà sản xuất như Volkswagen đang nỗ lực tái chế tới 95% các thành phần pin đã qua sử dụng để sản xuất pin mới [14]. Việc thiết lập các chương trình tái chế hiệu quả sẽ giúp giảm nhu cầu khai thác quặng mới và giảm thiểu tác động môi trường liên quan đến khai thác mỏ.

Điều kiện lái xe

EV đang ngày càng trở nên phổ biến như một giải pháp giao thông thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, tác động của chúng đối với môi trường không chỉ phụ thuộc vào công nghệ pin và nguồn điện mà còn chịu ảnh hưởng lớn từ điều kiện lái xe. Nghiên cứu cho thấy loại hình lái xe - dù là trong thành phố hay trên đường cao tốc - có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất và lợi ích môi trường của xe điện [15].

Trong điều kiện lái xe trong thành phố, nơi xe phải thường xuyên dừng và khởi động lại, xe điện tỏ ra vượt trội hơn so với các loại xe chạy bằng xăng thông thường. Khả năng hoạt động hiệu quả của xe điện trong môi trường đô thị nhộn nhịp như Hà Nội hay TP. Hồ Chí Minh là rất đáng chú ý. Các đô thị lớn này thường xuyên đối mặt với tình trạng tắc nghẽn giao thông, làm cho việc dừng và khởi động lại xe trở nên phổ biến. Trong những tình huống như vậy, xe điện có thể tiết kiệm năng lượng đáng kể nhờ vào hệ thống phanh tái sinh và việc không tiêu tốn năng lượng khi dừng xe.

Xe điện và xe hybrid, vốn kết hợp cả động cơ điện và động cơ xăng, đều cho thấy lợi thế rõ rệt trong việc giảm khí thải và tiết kiệm chi phí khi hoạt động chủ yếu trong các khu vực đô thị. Điều này đặc biệt quan trọng ở các thành phố như Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh, nơi mà không khí bị ô nhiễm và chi phí nhiên liệu cao là những vấn đề cấp bách. Hơn nữa, chi phí vận hành thấp của xe điện trong môi trường đô thị, nơi chúng có thể tận dụng tối đa năng lượng tái sinh và hiệu quả cao của động cơ điện, mang lại lợi ích kinh tế lâu dài cho người sử dụng.

Ngược lại, khi di chuyển trên đường cao tốc, lợi thế về môi trường của xe điện trở nên ít rõ rệt hơn. Trên những đoạn đường dài và liên tục, xe điện không thể tận dụng hệ thống phanh tái sinh nhiều như trong môi trường đô thị, và hiệu quả năng lượng của chúng cũng không cao hơn đáng kể so với xe chạy bằng xăng. Thực tế, nhiều nghiên cứu cho thấy rằng khi lái xe trên cao tốc, sự khác biệt về lượng khí thải giữa xe điện và xe xăng truyền thống giảm đi đáng kể.

Điều này là do ở tốc độ cao, cả hai loại xe đều cần một lượng năng lượng tương đương để duy trì tốc độ, làm cho lợi ích của hệ thống phanh tái sinh trở nên không đáng kể. Hơn nữa, chi phí ban đầu để mua một chiếc xe điện thường cao hơn so với một chiếc xe xăng cùng phân khúc, điều này có thể làm giảm lợi ích kinh tế của việc sở hữu xe điện khi chúng chủ yếu được sử dụng trên đường cao tốc.

ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP

Trên cơ sở phân tích chi tiết các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ ô nhiễm của xe điện, bao gồm cả quy trình sản xuất pin và nguồn năng lượng sử dụng cho việc sạc pin, nhằm cung cấp cái nhìn toàn diện về tác động môi trường của công nghệ này và vai trò của nó trong việc thúc đẩy sự bền vững toàn cầu, tác giả đề xuất một số giải pháp nhằm thúc đẩy sản xuất và sử dụng EV tại Việt Nam:

Thứ nhất, việc tái cấu trúc lưới điện là rất cần thiết để tối ưu hóa hết tiềm năng của xe điện như một giải pháp giao thông sạch. Quá trình này nên tập trung vào việc giảm thiểu sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng gây ô nhiễm nặng như than và dầu, đồng thời đầu tư vào cơ sở hạ tầng năng lượng tái tạo và khuyến khích sử dụng năng lượng từ các nguồn tái tạo sẽ làm tăng sự sẵn có của điện sạch cho các xe điện. Điều này không chỉ giúp xe điện trở thành một lựa chọn xanh hơn mà còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm không khí tổng thể.

Thứ hai, Nhà nước cần đưa ra những chính sách hỗ trợ doanh nghiệp tái chế như cung cấp các ưu đãi thuế, trợ cấp và tài trợ cho các công ty tham gia vào hoạt động tái chế pin. Điều này sẽ giảm bớt gánh nặng tài chính và thúc đẩy tăng trưởng thị trường tái chế pin vốn dĩ đang ngày một phát triển.

Thứ ba, thực hiện các chính sách trách nghiệm mở rộng của nhà sản xuất pin, các nhà sản xuất pin và sản xuất xe điện phải chịu trách nghiệm về việc quản lý vòng đời của pin sau khi hết hạn sử dụng.

Cuối cùng, cần đầu tư vào nghiên cứu và phát triển (R&D) công nghệ pin là yếu tố then chốt để nâng cao khả năng cạnh tranh và chủ động về mặt công nghệ như việc phát triển pin thế hệ mới, như: pin rắn (solid battery), pin silicon-anode, hoặc pin không cobalt có thể giúp cải thiện hiệu suất, giảm chi phí và giảm tác động môi trường. Ngoài ra việc cải tiến quy trình sản xuất nhằm mục đích tối ưu hóa quy trình sản xuất pin để giảm lượng khí thải carbon và tăng hiệu quả sản xuất cũng là một mục tiêu quan trọng.

KẾT LUẬN

Tác động môi trường của các phương tiện điện bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Nếu xe điện được sạc thường xuyên bằng lưới điện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch, lợi ích môi trường dài hạn của chúng có thể bị hạn chế, mặc dù không có khí thải từ ống xả. Để thúc đẩy xe điện thành một lựa chọn giao thông chủ yếu thân thiện với môi trường, cần giải quyết các thách thức liên quan đến sản xuất pin và hậu quả môi trường của việc khai thác kim loại cần thiết cho các thành phần này. Ngoài ra việc dịch chuyển lưới điện sang sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo, triển khai các chương trình tái chế pin hiệu quả và tiến bộ công nghệ pin giúp chúng ta gần hơn với hình ảnh môi trường thân thiện mà chúng ta liên kết với xe điện. Mặc dù đã có tiến bộ, việc cải tiến liên tục là cần thiết để tối đa hóa lợi ích môi trường của xe điện.

Tuy nhiên, dựa chủ yếu vào việc áp dụng xe điện sẽ không đủ để chống lại biến đổi khí hậu và đạt được giao thông bền vững. Một phương pháp toàn diện là cần thiết, bao gồm giao thông công cộng hiệu quả và phát triển cơ sở hạ tầng đi bộ cùng với xe điện. Chiến lược tích hợp này là quan trọng để giảm thiểu đáng kể lượng khí thải nhà kính gây hại và ô nhiễm môi trường. Chỉ thông qua các biện pháp đa dạng như vậy, chúng ta mới có thể thực hiện được một hệ thống giao thông bền vững và xanh hơn./.

Tài liệu tham khảo:

1. UNFCCC (2018), Policies and measures, in Paris Climate Change Conference, 29 Nov 2018.

2. E. P. Agency (2019), Year in review.

3. N. B. o. S. o. China (2023), Advanced Energy Technologies, retrieved from https://aenert.com/news-events/energy-news-monitoring/n/china-energy-production-2023-q2/.

4. EIA (2020), BP Statistical Review of World Energy 2020.

5. EVN (2024), EVN, retrieved from https://www.evn.com.vn/d6/news/Mot-so-so-lieu-tong-quan-ve-nguon-dien-toan-quoc-nam-2023-66-142-124707.aspx#:~:text=%C4%90%E1%BA%BFn%20cu%E1%BB%91i%20n%C4%83m%202023%2C%20t%E1%BB%95ng,%C4%91i%E1%BB%87n%20(bao%20g%E1%BB%93m%20T%C4%90%20nh%E1%BB%8F).

6. entsoe (2023), "electrifying europe", retrieved from https://www.entsoe.eu/.

7. entsoe (2023), "Nowtricity", retrieved from https://www.nowtricity.com/country/france Statista (2022), "Statista", retrieved from https://www.statista.com/statistics/1290216/carbon-intensity-power-sector-france/.

8. Statista (2022), https://www.statista.com/statistics/1386327/co2-emissions-factor-electricity-mix-germany/#:~:text=The%20CO%E2%82%82%20emissions%20factor%20in,compared%20to%20the%20year%20before.

9. T. &. M. J. J. Yuksel (2015), Effects of regional temperature on electric vehicle efficiency, range, and emissions in the United States, Environmental science & technology, 49(6), 3974-3980.

10. IEA (2024), Global EV Outlook 2024.

11. Union of concerned Scientists (2021), Electric Vehicle Batteries.

12. M. Jacoby (2019), It’s time to get serious about recycling lithium-ion batteries, Chemical and Engineering News, no. 97.

13. F. B. Insights (2024), https://www.fortunebusinessinsights.com/industry-reports/lithium-ion-battery-recycling-market-100244.

14. J. Ramey (2022), "Autoweek", retrieved from https://www.autoweek.com/news/green-cars/a40613774/redwood-materials-recycling-vw-ev-batteries/.

15. De Gennaro; M., Paffumi; E., Martini; G., Manfredi; U. et al (2014), Experimental Investigation of the Energy Efficiency of an Electric Vehicle in Different Driving Conditions, SAE Technical paper, 2014.