Nghiên cứu đánh giá thực trạng thải pin ắc quy từ phương tiện giao thông tại Việt Nam và nghiên cứu đề xuất công nghệ phù hợp thu hồi lithium từ pin Lithium thải

Nghiên cứu đánh giá thực trạng thải pin ắc quy từ phương tiện giao thông tại Việt Nam và nghiên cứu đề xuất công nghệ phù hợp thu hồi lithium từ pin Lithium thải Nghiên cứu đánh giá thực trạng thải pin ắc quy từ phương tiện giao thông tại Việt Nam và nghiên cứu đề xuất công nghệ phù hợp thu hồi lithium từ pin Lithium thải luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ Nghiên cứu đánh giá thực trạng thải pin-ắc quy từ phương tiện giao thông tại Việt Nam và nghiên cứu đề xuất công nghệ phù hợp thu hồi lithium từ pin Lithium thải Vũ Tiến Dũng Dung16594@gmail.com Ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trường Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS.Nguyễn Đức Quảng Bộ môn: Quản lý Môi trường Viện: Khoa học Công nghệ môi trường HàNội, năm 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ Nghiên cứu đánh giá thực trạng thải pin-ắc quy từ phương tiện giao thông tại Việt Nam và nghiên cứu đề xuất công nghệ phù hợp thu hồi lithium từ pin Lithium thải Vũ Tiến Dũng Dung16594@gmail.com Ngành Quản lý Tài nguyên Môi trường Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS.Nguyễn Đức Quảng Bộ môn: Quản lý Môi trường Viện: Khoa học Công nghệ môi trường HàNội, năm 2020 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Vũ Tiến Dũng Đề tài luận văn: Nghiên cứu đánh giá thực trạng thải pin-ắc quy từ phương tiện giao thông tại Việt Nam nghiên cứu đề xuất công nghệ phù hợp thu hồi lithium từ pin Lithium thải Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên Môi trường Mã số SV: CB170210 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 29/6/2020 với nội dung sau: TT Nội dung yêu cầu chỉnh sửa Nội dung chỉnh sửa Bổ sung chỉnh sửa lại nội dung nghiên Tác giả tiếp thu chỉnh sửa tại cứu luận văn trang Luận văn Bổ sung, hiệu chỉnh lại tên tiểu mục Tác giả tiếp thu chỉnh sửa bổ chương sung tại trang đến trang 25 Luận văn Bổ sung thành phần pin Lithium thải Tác giả tiếp thu bổ sung tại trang đến trang Luận văn Các phương pháp dự báo cần rõ trích Tác giả tiếp thu bổ sung tại dẫn nguồn trang 22 đến trang 25 Bổ sung đề xuất công nghệ thu hồi Lithium Tác giả tiếp thu chỉnh sửa, bổ từ pin Lithium thải phù hợp với điều kiện sung từ trang 58 đến trang 60 Việt Nam Luận văn Cần trích dẫn thêm tài liệu tham khảo Tác giả tiếp thu bổ sung tại trang đến trang 20 Luận văn Cần viết lại kết luận Tác giả tiếp thu, viết lại kết luận tại trang 61 Luận văn Ngày tháng năm 2020 Thành viên hội đồng phản biện Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Vũ Tiến Dũng Đề tài luận văn: Nghiên cứu đánh giá thực trạng thải pin-ắc quy từ phương tiện giao thông tại Việt Nam nghiên cứu đề xuất công nghệ phù hợp thu hồi lithium từ pin Lithium thải Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên Môi trường Mã số SV: CB170210 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 29/6/2020 với nội dung sau: TT Nội dung yêu cầu chỉnh sửa Nội dung chỉnh sửa Bổ sung chỉnh sửa lại nội dung nghiên Tác giả tiếp thu chỉnh sửa tại cứu luận văn trang Luận văn Bổ sung, hiệu chỉnh lại tên tiểu mục Tác giả tiếp thu chỉnh sửa bổ chương sung tại trang đến trang 25 Luận văn Bổ sung thành phần pin Lithium thải Tác giả tiếp thu bổ sung tại trang đến trang Luận văn Các phương pháp dự báo cần rõ trích Tác giả tiếp thu bổ sung tại dẫn nguồn trang 22 đến trang 25 Bổ sung đề xuất công nghệ thu hồi Lithium Tác giả tiếp thu chỉnh sửa, bổ từ pin Lithium thải phù hợp với điều kiện sung từ trang 58 đến trang 60 Việt Nam Luận văn Cần trích dẫn thêm tài liệu tham khảo Tác giả tiếp thu bổ sung tại trang đến trang 20 Luận văn Cần viết lại kết luận Tác giả tiếp thu, viết lại kết luận tại trang 61 Luận văn Ngày tháng năm 2020 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu đánh giá thực trạng thải pin-ắc quy từ phương tiện giao thông tại Việt Nam và nghiên cứu đề xuất công nghệ phù hợp thu hồi lithium từ pin Lithium thải” cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, thông tin được sử dụng luận văn trung thực Tác giả Vũ Tiến Dũng i LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu hoàn thiện luận văn, tác giả nhận được sự động viên, khuyến khích tạo điều kiện giúp đỡ nhiệt tình cấp lãnh đạo, thầy giáo, giáo, anh chị em đờng nghiệp gia đình Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sau sắc đến thầy giáo, cô giáo Viện Công nghệ môi trường, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đặc biệt thầy cô giáo trực tiếp giảng dạy suốt q trình học tập hồn thành luận văn thạc sĩ Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS NGUYỄN ĐỨC QUẢNG người hướng dẫn trực tiếp, tận tình bảo, giúp đỡ tác giả tiến hành hoạt động nghiên cứu khoa học để hoàn thành luận văn Với thời gian nghiên cứu cịn hạn chế, luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót, tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp chân thành từ thầy giáo, cô giáo, đồng nghiệp bạn bè Em xin chân thành cảm ơn ! Tác giả Vũ Tiến Dũng ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Từ Tiếng Việt Tiếng Anh BTNMT Bộ tài ngun mơi trường CP Chính phủ QĐ Quyết định BVMT Bảo vệ môi trường CTNH Chất thải nguy hại UNEP Chương trình mơi trường liên United Nations Environment hợp quốc Programme LIBs Pin lithium-ion Lithium-ion batteries WHO Tổ chức y tế giới World Heath Orgainzation MSW Chất thải rắn đô thị Municipal Solid Waste iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN iv LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC HÌNH VẼ viii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUÁT VỀ PIN VÀ ẮC QUY 1.1 Các vấn đề bản pin ắc quy 1.1.1 Tổng quan về pin ắc quy 1.1.2 Thành phần cấu tạo pin ắc quy 1.1.3 Ảnh hưởng tới sức khỏe môi trường pin ắc quy 1.1.4 Tình hình quản lý thách thức hạn chế pin-ắc quy ở Việt Nam giới 10 1.1.5 Khả tái chế ở Việt Nam 15 1.1.6 Tình hình nghiên cứu thu hời pin ắc quy giới Việt Nam 18 1.2 Công nghệ thu hồi Lithium từ pin Lithium ion thải 20 1.2.1 Công nghệ thu hời Lithium kết hợp các quá trình khí, nhiệt thủy luyện 21 1.2.2 Công nghệ thu hồi Lithium kết hợp các quá trình khí, kết tủa hóa học dung mơi chiết 21 1.2.3 Thu hồi Lithium kết hợp quá trình hịa tách, điện phân xử lý nhiệt 22 1.2.4 Thu hồi Lithium kết hợp trình hịa tách dung mơi chiết 23 1.2.5 Thu hời Lithium kết hợp các quá trình khí, kết tủa hóa học, chiết dung mơi 23 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU 25 2.1 Mô hình áp dụng tính tốn dự báo lượng phương tiện sở hữu toàn quốc 25 iv 2.2 Tính toán lượng pin và ắc quy và qua sử dụng hàng năm .28 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1 Lượng thiết bị sở hữu hộ gia đình từ năm 1995-2018 31 3.1.1 Dân số nước 31 3.1.2 Kích thước trung bình hộ gia đình toàn quốc 32 3.2 Lượng sở hữu hàng năm xe máy điện 33 3.3 Lượng sở hữu hàng năm xe ô tô chỗ 43 3.4 Lượng sở hữu hàng năm xe máy 50 3.5 Đề xuất công nghệ thu hồi lithium từ pin lithium ion Việt Nam .58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1 Tỉ lệ thành phần pin Lithium Bảng 1.2 Bảng phân tích khối lượng Pin 29Ah dạng trụ Bảng 1-3 Thành phần ắc quy (% khối lượng) Bảng 1-4 - Mức tái chế pin ắc quy axit chì, 2012-2015 (tính tấn) [13] 11 Bảng 1-5 - Mức tái chế cho pin ắc quy khác, 2012-2015 (tính tấn) [13] 12 Bảng 1-6 - Mức tái chế cho pin ắc quy khác, 2012-2015 (tính tấn) [13] 12 Bảng 3-1 Số liệu dân số Việt Nam từ năm 1995-2018 31 Bảng 3- Số liệu về kích thước hộ gia đình từ năm 2008-2018 32 Bảng 3-3 Tỉ lệ sở hữu trung bình nước theo các năm 33 Bảng 3-4 Xác định hệ số a dựa vào hàm Solve 34 Bảng 3-5 Các giá trị a, b tương ứng 34 Bảng 3-6 Bảng tính MAPE, MAE với giá trị b1 thay đổi 35 Bảng 3-7 Bảng tính MAPE, MAE với giá trị a1 thay đổi 36 Bảng 3-8 Bảng tính MAPE, MAE với giá trị b2 thay đổi 36 Bảng 3-9 Bảng tính MAPE, MAE với giá trị a2 thay đổi 37 Bảng 3-10 Các giá trị thông số nmax, a, b phương tiện xe điện 37 Bảng 3- 11:Tỷ lệ sở hữu tính tốn có sẵn 39 Bảng 3- 12: Tổng lượng xe lượng mua qua các năm ( ) 40 Bảng – 13 Số lượng pin vằ ắc quy thải từ xe máy điện năm 41 Bảng 3-14 Lượng thiết bị sở hữu trung bình ở hộ gia đình tồn quốc 20062018 43 Bảng 3-15 Hàm solver với ràng buộc vế trái vế phải 43 Bảng 3- 16 Các giá trị a1 tương ướng với b1 44 Bảng 3-17 Bảng tính MAPE, MAE với giá trị b1 thay đổi 44 Bảng 3-18 Bảng tính MAPE, MAE với giá trị a1 thay đổi 45 Bảng 3-19 Bảng tính MAPE, MAE với giá trị b2 thay đổi 45 vi 1200 Lượng ắc quy thải 25000 1000 Lượng ắc quy thải 20000 800 15000 600 10000 400 5000 200 2000 Năm 2010 2020 2000 2030 Năm 2010 2020 2030 Hình 3- Lượng ắc quy tơ thải tính đến năm Hình 3- 10 Khối lượng ắc quy tơ thải 2030.(Đơn vị: nghìn chiếc) tính đến năm 2030 (Đơn vị tấn) 3.4 Lượng sở hữu hàng năm xe máy a) Dữ liệu ban đầu [18] Bảng 3-25 Lượng thiết bị sở hữu trung bình hộ gia đình tồn quốc 2006- 2018 Năm 2006 2008 68,6 89,4 Tỉ lệ sở hữu(chiếc/hộ) 0,686 0,894 Tỉ lệ sở hữu (%) 2010 2012 2014 2016 2018 96,1 115,3 128,6 138,1 150,6 0,961 1,153 1,286 1,381 1,506 b) Tính toán lượng sở hữu tối đa  Áp dụng quy trình tính tốn, ta thực các bước sau: Bước 1: Chọn giá trị nmax= 3,0 Bước 2: Từ công thức (2.4) => b1= 0,179508 Bảng 3-26 hàm Solver cho giá trị a1 với buộc vế trái vế phải vế trái giá trị nt tính tốn theo cơng thức (2.1), vế phải liệu có sẵn 50 Bảng 3-26 Hàm solver với ràng buộc vế trái vế phải Năm Nghiệm a 2006 5,49408 Vế trái vế phải 0,728126422 0,686 2008 0,893999608 0,894 2010 1,079701768 0,961 2012 1,280523622 1,153 2014 1,389720783 1,286 2016 1,599318598 1,381 2018 1,701281732 1,506 Thay đổi giá trị b1 khác tìm được giá trị a1 Bảng thể giá trị a1 tương ứng với b1 với giả định nmax= Bảng 3-27 thể giá trị a1 tìm được ứng với b1 giá trị n với cặp giá trị (a1,b1) qua các năm Theo bảng MAPE nhỏ nhất 46,2432 giá trị a1, b1 tương ứng a1= 5,66585; b1= 0,16325 Bảng 3- 27 Các giá trị a1 tương ướng với b1 b 0,18918 0,16921 0,22690 0,16325 0,18715 0,16524 0,16919 a 7,38493 7,13223 8,64081 5,66585 7,45579 6,84403 7,02528 2006 0,50216 0,59733 0,62649 0,73131 0,83456 0,90564 1,00526 2008 0,73234 0,82066 0,90156 0,92245 1,00266 1,10775 1,20339 2010 0,60626 0,70921 0,08504 0,99212 1,00953 1,10647 1,21022 2012 1,01532 1,12799 1,16014 1,26534 0,01379 0,01457 0,01418 2014 1,12186 1,21726 1,31542 1,33123 1,41928 1,51989 1,61962 2016 1,13130 1,24429 1,32425 1,44242 1,52797 1,63027 1,72699 2018 1,34411 1,43344 1,53687 1,62313 1,71234 1,86403 1,93685 MAPE 48,5135 132,5132 49,6536 46,2432 322,3125 51,43412 65,2312 51 Bước 3: Với b1= 0,16325 thay đổi giá trị b1=0,18715 với ∆b= ±50% Sử dụng Data Table để có được giá trị Bảng 3-28, xác định được MAPEmin= 32,45284 ∆b=-6(%) a1=5,66585; b2=0,154325 Bảng -28 Bảng tính MAPE, MAE với giá trị b1 thay đổi ∆b Năm (%) b1 2010 2012 2014 2016 2018 MAPE MAE -50 0,08625 0,98991 1,23351 1,37354 1,46366 1,54678 98,12435 1,23562 -49 0,08525 0,97234 1,11232 1,25242 1,31332 1,41233 97,34141 1,20211 … - - - 0,92748 1,18294 - - -6 … 0,15432 - - - - - - 1,32278 1,43217 1,66475 32,45284 - - - - 0,54246 - +49 0,24125 0,97563 1,27699 1,34302 1,55352 1,63121 97,12321 1,21412 +50 0,24325 0,82474 1,28856 1,34907 1,56824 1,54678 98,12435 1,23562 Bước 4: Giữ b2 nmax thay đổi a1= 5,66585 với ∆a= ±50% Sử dụng Data Table để có được giá trị Bảng 3-29, xác định được MAPEmin=28,32785 ∆a=4 (%) a2=5,39085; b2=0,154325 Bảng 3-29 Bảng tính MAPE, MAE với giá trị a1 thay đổi ∆a(%) Năm 2010 2012 2014 2016 2018 MAPE MAE a1 -50 2,69085 0,28464 0,29487 0,30450 0,31350 0,32187 55,64223 1,241321 -49 2,76585 0,28126 0,29167 0,30149 0,31070 0,31927 54,54325 1,231535 … - -4 5,39085 … - - - +49 8,59085 1,65312 1,7268 1,84124 1,92132 1,99233 76,50241 1,41145 +50 8,66585 1,56589 1,7962 1,85231 1,93521 2,04123 77,09238 1,41233 - - - - - - 0,89725 1,18012 1,25532 1,34089 1,58427 28,32785 - 52 - - - 0,65438 - Bước 5: Giữ nmax a2, thay đổi b2=0,154325 với ∆b = ±50% Tiếp tục sử dụng Data Table để có được Bảng 3-30, Giá trị MAPEmin=; ta thu được kết a2=; b3=0,14925, ∆b = -1% Bảng 3-30 Bảng tính MAPE, MAE với giá trị b2 thay đổi ∆b Năm (%) b1 -50 0,074325 0,03675 -49 0,076325 0,03752 … - - -1 0,149254 … - - +49 0,232325 1,92860 2,16328 2,33171 2,51062 2,66380 123,5231 5,47435 +50 0,234325 2,03090 2,14866 2,36113 2,53305 2,69119 124,7451 5,53312 2010 2012 MAPE MAE 0,03944 0,04231 0,04536 0,04859 45,6231 1,56123 0,04030 0,04326 0,04641 0,04976 44,7621 1,55165 - - - 2014 - 2016 - 2018 - 0,830579 1,14164 1,24562 1,34759 1,61453 27,89458 0,56473 - - - - - - Bước 6: Giữ nmax b3, thay đổi a2=5,86585 với ∆a = Sử dụng Data Table để có được Bảng 3-31, Giá trị MAPEmin=26,45235; a3=5,86585; b3= 0,14925 Bảng 3-31 Bảng tính MAPE, MAE với giá trị a2 thay đổi ∆a(%) Năm 2010 2012 2014 2016 2018 MAPE MAE a1 -50 2,41585 0,10057 0,11052 0,12106 0,13215 0,14372 56,13231 1,22532 -49 2,49085 0,10050 0,11044 0,12098 0,13206 0,14363 55,32126 1,21413 … - - - - - 5,86558 … - - +49 8,31585 0,09330 0,10278 +50 8,39085 0,09323 0,10271 - - - 0,86089 1,182731 1,28839 1,37895 1,58695 26,452358 0,54362 - - - 0,11287 0,12354 0,13474 88,75432 1,40632 0,11279 0,12345 0,13465 89,32373 1,42312 53 - - Lặp lại các bước tương tự nmax= 3,0 – 3,8 Sau hồn thành tính tốn, giá trị được tổng hợp lại Bảng 3-32: Bảng 3- 32 Các cặp giá trị a,b tương ứng sau lần lặp Nmax 3,2 3,4 3,6 3,8 a 5,86585 6,54322 7,31234 7,62312 8,34121 b 0,14925 0,15213 0,18232 0,16238 0,19123 MAPE 26,45235 27,13123 29,73412 28,75231 30,73423 MAE 0,54362 0,573721 0,601384 0,631525 0,719531 Dựa vào bảng tổng hợp, chọn nmax =3,2 từ ta có phương trình đường cong xe máy: 𝑛= 3.2 1+ 𝑒 6.4402715−0.176876∗(𝑡−1975) (chiếc/hộ) (8) Do tốc độ phát triển ở Việt Nam chậm nên số lượng sở hữu xe máy thấp hàm có hệ số góc thấp, nghĩa nằm ở phần đầu hàm Logistic hình “S” Dự báo đến năm 2030, tỉ lệ sở hữu đạt 2,3710319 chiếc/hộ tăng 3,328 lần so với năm 2006 Bảng 3- 33 Tỷ lệ sở hữu tính tốn thực tế Năm 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 Tính tốn 0,681565714 0,737026949 0,795575565 0,857156579 0,921677058 0,989003997 1,058963116 1,131338745 1,205874935 1,282277877 1,360219646 1,439343218 1,519268617 Thực tế 0,686 0,894 0,961 1,153 1,286 1,381 1,506 54 Năm 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 Tính tốn 1,59964325 1,67993345 1,759864808 1,838998262 1,916953593 1,993373515 2,067929787 2,140328245 2,210312534 2,277666591 2,342215718 2,403826503 c) Dự báo tỉ lệ sở hữu trung bình Dựa số liệu tính tốn nhận thấy sự gia tăng phương tiện xe máy tại hộ gia đình tuân theo đường cong chữ S phương trình logistic Số lượng xe máy sở hữu hộ gia đình tăng nhanh các năm gần phát triển nhanh các năm tới Có thể thấy độ dốc đường cong cao đường cong nhanh chóng đạt tới điểm bão hịa hay có nghĩa tốc độ sở hữu thiết bị lớn thời gian đạt đến giai đoạn thị trường bão hòa cao Bảng 3- 34 Tổng lượng xe lượng mua qua năm (chiếc) Năm Tổng Lượng mua Năm Tổng Lượng mua 2006 13,390,871 1,346,575 2019 41,530,711 3,351,982 2007 14,860,745 1,474,901 2020 44,822,466 4,184,848 2008 16,463,241 1,612,908 2021 48,262,089 4,465,542 2009 18,205,188 1,761,590 2022 51,845,848 4,730,338 2010 20,092,926 1,922,203 2023 55,569,737 4,977,219 2011 22,132,180 2,096,272 2024 59,429,688 5,209,529 2012 24,327,924 2,285,539 2025 63,421,787 5,435,075 2013 26,684,275 2,491,823 2026 67,542,495 5,663,315 2014 29,204,397 2,716,749 2027 71,788,859 5,901,975 2015 31,890,426 2,861,332 2028 76,158,709 6,154,928 2016 34,743,438 2,925,419 2029 80,650,844 6,422,350 2017 37,763,445 3,107,073 2030 85,265,195 6,702,502 2018 40,949,429 3,240,879 55 Tỷ lệ Năm Hình 3- 11 Tỷ lệ sở hữu 100 hộ gia đình qua năm d) Dự đốn lượng ắc quy xe máy thải đến năm 2030 Giả thiết tuổi thọ acquy xe máy năm, ta tính được lượng thải năm qua bảng sau: 56 Bảng 3-35 Số lượng ắc quy thải từ xe máy năm Lượng thải Lượng (nghìn chiếc) thải(tấn) 2019 138435 207653 74303 2020 149408 224112 54877 82316 2021 160873 241310 2009 60683 91025 2022 172819 259229 2010 66976 100464 2023 185232 277848 2011 73773 110660 2024 198098 297148 2012 81093 121639 2025 211405 317108 2013 88947 133421 2026 225141 337712 2014 97347 146021 2027 239296 358944 2015 106301 159452 2028 253862 380793 2016 115811 173717 2029 268836 403254 2017 122878 188817 2030 284217 426325 2018 132498 204747 Lượng thải Lượng (nghìn chiếc) thải(tấn) 2006 44636 66954 2007 49535 2008 Năm Năm 57 Hình 3-12 Lượng ắc quy xe máy thải tính đến năm 2030 (Đơn vị: chiếc) Năm 2030 2028 2026 2024 2022 2020 2018 2030 2028 2026 2024 2022 2020 2018 2016 2014 2012 2010 2008 2006 Năm 5000 2016 10000 2014 15000 2012 20000 2010 25000 450000Lượng ắc quy thải 400000 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 2008 Lượng ắc quy thải 2006 30000 Hình 3-13 Khối lượng ắc quy xe máy thải tính đến năm 2030 (Đơn vị tấn) Hình 3-12 3-13 thể số lượng khối lượng ắc quy xe máy thải qua các năm Năm 2006 số lượng ắc quy xe máy thải 44636 nghìn khối lượng thải 66954 nghìn tấn Đến 2030, dự báo lượng xe máy thải đạt 284217 nghìn khối lượng thải 426325tấn 3.5 Đề xuất công nghệ thu hồi lithium từ pin lithium ion Việt Nam Tái chế pin Li-ion ở Việt Nam vấn đề tiến hành bước nghiên cứu ban đầu để thu hời kim loại có giá trị kinh tế từ pin Co, Li, Ni Với hạn chế về trang thiết bị kỹ thuật ở Việt Nam, tác giả đề xuất sử dụng phương pháp tái chế thủy nhiệt, dựa phản ứng axit để kết tủa muối dạng kim loại khác Thực tế là, dung dịch axit HCl axit hiệu việc chiết xuất Co từ LIBs, nhiên sử dụng dung dịch axit HCl giải phóng Cl2 có tính độc hại ăn mịn rất mạnh, cần them biện pháp để xử lý Do vậy, để giải vấn đề này, tác giả lựa chọn phương pháp hoà tách sử dụng axit Sulfuric (H2SO4) Hydroperoxit (H2O2) để thu hồi lithium từ pin Li-ion với quy mơ phịng thí nghiệm Một quy trình tái chế hồn chỉnh cho LIBs thường cần hai q trình: q trình vật lý q trình hóa học Do sự lắp ráp phức tạp LIBs sự đa dạng vật liệu điện cực, đáng ý LIBs sau thời gian sử dụng cạn kiệt cịn dư lượng, dẫn tới sự cháy nổ trình tái chế [26] Vì lý này, LIBs sử dụng thường cần được tháo điện trước đưa vào quy trình tái chế Quá trình vật lý bao gờm q trình tiền xử lý việc tháo dỡ, nghiền nát, sàng lọc, tách 58 từ, rửa…và số quy trình cho phép thu hời trực tiếp vật liệu điện cực từ LIBs qua sử dụng mà khơng cần sử dụng hóa chất [27] Q trình hóa học được phân loại thành trình luyện kim trình luyện kim thủy lực gờm có rửa trơi, tách, chiết kết tủa hóa học [28] Pin Li-ion qua sử dụng ( Đã tháo điện) ( Tháo gỡ, cắt đập, phân loại Anot điện môi Vỏ nhựa, kim loại Catot, nung 5500C Hịa tách Nhơm Dung dịch NaOH Lọc rửa Dung dịch H2SO4, H2O2 Dung dịch NaAlO2 Hòa tách Co, Li Dung dịch NH4OH Lọc Zol-Gel hóa Tạo mầm Kết tinh spinel Kết tủa Li2CO3 Dung dịch Na2CO3 Lọc, rửa, sấy, nung 8000C, nghiền Hình 3-14 Quy trình công nghệ tái chế thu hồi lithium 59 Trên hình 3.14 quy trình cơng nghệ tái chế thu hời Lithium từ LIBs Dựa vào quy trình đó, thí nghiệm thực để thu hời kim loại từ LIBs sử dụng dung dịch NaOH 2M để hịa tách Nhơm, hỗn hợp dung dịch H2SO4 M H2O2 50% phản ứng ở nhiệt độ 60-700C, dung dịch NH4OH 5%, dung dịch Na2CO3 5% để tách thu hời Lithium Chi phí hóa chất để tái chế pin dự kiến 1419$ / tấn, tỷ suất lợi nhuận 5013$ [29] Trong tương lai, các nghiên cứu liên quan thêm chi phí lao động, chi phí thiết bị chi phí lượng vào phân tích kinh tế Hiện nay, với sự phát triển khoa học kỹ thuật, sự cần thiết đảm vấn đề về môi trường, việc sử dụng rộng rãi pin Li-ion cho các dòng xe điện cho tốc độ sạc nhanh, giảm tải cho phận nạp điện độ bền pin Lithium kéo dài Bên cạnh có lượng lớn pin thải được phát sinh hàng năm Tuy nhiên, vấn đề tái chế pin ắc quy ở nước ta lại được thực bởi làng nghề, với phương pháp thủ cơng tính lợi nhuận mà quan tâm đến biện pháp bảo vệ môi trường (BVMT) Chính mà đất, nước khơng khí làng nghề bị nhiễm bởi khói bụi kim loại, nước thải axít cách trầm trọng, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người Vì vậy, việc xây dựng quy trình cơng nghệ phù hợp với điều kiện Việt Nam để thu hồi Li từ pin Li-ion rất cần thiết Và để áp dụng quy trình cơng nghệ thu hời quy mô công nghiệp, đánh giá thêm về hiệu kinh tế môi trường xem phù hợp với điều kiện, quy mơ ở Việt Nam hay khơng tác giả muốn đề xuất thực thêm thí nghiệm phân tích, đánh giá các nghiên cứu liên quan tương lai gần 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Pin ắc quy được đưa vào danh mục chất thải nguy hại ảnh hưởng đến sức khỏe người mơi trường với thành phần chứa nhiều kim loại nặng Việc xác định được số lượng pin ắc quy thải để có giải pháp quản lý phù hợp Dựa vào các phương pháp kiểm kê với liệu điều tra kế thừa, nghiên cứu ước tính dự báo được số lượng xe đạp điện, xe máy điện lưu thơng tồn quốc lượng pin - ắc quy thải hàng năm từ phương tiện Tái chế pin Li-ion ở Việt Nam vấn đề bước đầu tiến hành các bước nghiên cứu ban đầu để thu hời kim loại có giá trị kinh tế từ pin Lithium Khuyến nghị Hiện nay, việc thu gom xử lý pin ắc quy ở nước ta chưa đờng bộ, quy mơ tạo chi phí đầu tư lớn gây nhiều khó khăn cho các nhà quản lý, nhà khoa học Để giải vấn đề này, cần thiết phải có sự quy hoạch phối hợp các quan quản lý nhà nước về môi trường, về luật pháp để đưa chế thích hợp Đối với các đơn vị sản xuất, kinh doanh, phân phối sản phẩm pin, acquy cần có quy trình hướng dẫn sử dụng, thu gom chất thải để người sử dụng hiểu có ý thức phân loại chất thải điện tử với chất thải thông thường khác Quyết định 16/2015/QĐ-TTg Thủ tướng Chính phủ về thu hời xử lý sản phẩm thải bỏ quy định pin ắc quy thải phải được xử lý trước đem thải bỏ bởi nhà sản xuất 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kết khảo sát mức sống dân cư Việt Nam năm 2016, NXB Thống kê, (2016), tr 422 [2] PGS TS Vũ Ngọc Khiêm, Xu hướng di chuyển xe điện thân thiện mơi trường, Bài đăng Tạp chí Mơi trường, số 7/2019 [3] Theo CV 12455/BGTVT-ATGT về việc xử lý nghiêm các phương tiện giao thông hết niên hạn sử dụng hạn kiểm định, tham gia giao thông [4] US EPA Municipal Solid Waste Generation, Recycling and Disposal in the United State: Facts and Figures for (2008) [5] Thủ tướng Chính phủ Quyết định số 16/2015/QĐ-TTg quy định thu hồi, xử lý sản phẩm thải bỏ, ban hành ngày 22/05/2015 [6] A Perner, J Vetter Lithium-ion batteries for hybrid electric vehicles and battery electric vehicles In: Bruno Scrosati, Jürgen Garche and Werner Tillmetz, ed 2015 Advances in Battery Technologies for Electric Vehicles Cambridge: Woodhead Ch.8.(2015) [7] WHO, Recycling used lead-acid batteries: health considerations, 2017 [8] Hugh Morrow “Environmental and human health Impact assessments of battery systems”, Industrial Chemistry Library, Volume 10,(2001), pp.1-34 [9] Green Economy Research Reports “Lithium battery recycling” South Africa [10] Xue Wang “Managing End-of-Life Lithium-ion Bateries: an Environmental and Economic Assessment” Thesis Rochester Institute of Technology.(2014) [11] Genica BĂDĂNOIU, Traian BUZATU “Structural and physico-chemical analysis of waste from used lead-acid batteries” U.P.B Sci Bull., Series B, Vol 74, Iss 1, ISSN 1454-2331, (2012),p 246-254 [12] A Perner, J Vetter Lithium-ion batteries for hybrid electric vehicles and battery electric vehicles In: Bruno Scrosati, Jürgen Garche and Werner Tillmetz, ed 2015 Advances in Battery Technologies for Electric Vehicles Cambridge: Woodhead Ch.8.(2012) 62 [13] Laura Baroni ,Rob Williams Study in support of the preparation of the Implementation report on Directive 2006/66/EC on batteries and accumulators and waste batteries and accumulators, Rotterdam,(2018), p- 12- 26 [14] Nguyễn Đức Quảng,Trung-Thang Nguyen Application of Waste Audit to LeadBattery Production in Vietnam Journal of Science and Technology (ISSN 0866 708X), Special Issue for the 2012 International Forum on Green Technology and Management, Vol.50, No 1C (2012), pp: 210-217 [15] Sandeep Dhameja Electric Vehicle Battery Systems, Newnes, United States of America.(2001) [16] Xu, J Thmas, H.R Francis, R.W Lum, K.R Wang, J.Liang (2008), A review of processes and technologies for the rycycling of Lithum-ion secondary, Journal of Power Sources [17] Lee, Rhee, Recycling Research Center, Korea Institure of Geoscience and Mineral Resources, 30 Gajung – dong, Yusung – ku, Daejeon 305 – 350, South Korea (2002) [18] Tổng cục thống kê “Kết khảo sát Mức sống dân cư Việt Nam năm 2018”,Nhà xuất Thống kê,Hà Nội,(2018), Trang 45 [19] Tổng cục Thống kê, "Kết chủ yếu Điều tra biến động dân số kế hoạch hóa gia đình thời điểm 1/4/2017", Nhà xuất Thống kê, Hà Nội,(2018), Biểu 1.2, Trang 16 [20] Duc-Quang Nguyen Eiji Yamasue, Hideyuki Okumura, Keiichi N Ishihara Use and disposal of large home electronic appliances in Vietnam Journal of Material Cycles Waste Management,(2009), Vol.11, No.4 [21] Lien, L “Recycling Lithium Batteries Using Membrane Technologies.” Presentation, 233rd Electrochemical Society Meeting, Seattle, WA, May 14.(2018) [22] Bin Huang, Zhefei Pan, Xiangyu Su, Liang An Recycling of lithium-ion batteries: Recent advances and perspectives, Journal of Power Sources,(2018), 399 63 [23] Wang J, Chen M Recycling of electronic control units from end-of-life vehicles in China JOM 2011; 63(8):42-47 [24] Kirti Richa, Callie W Babbitt, Gabrielle Gaustad, Xue Wang , A future perspective on lithium-ion battery waste flows from electric vehicles, Resources, Conservation and Recycling,(2014) ,p 63–76 [25] Yufeng Wu, Liuyang Yang, Xi Tian, Yanmei Li, Tieyong Zuo, Temporal and spatial analysis for end-of-life power batteries from electric vehicles in China, Resources, Conservation & Recycling 155,(2020) [26] X Zeng, J Li, N Singh, Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 44 (2014) 1129–1165 [27] S Rothermel, M Evertz, J Kasnatscheew, X Qi, M Grützke, M Winter, S Nowak, Graphite Recycling from Spent Lithium-Ion Batteries, ChemSusChem (2016) 3473–3484 [28] J Ordoñez, E.J Gago, A Girard, Renewable and Sustainable Energy Reviews 60 (2016) 195–205 [29] Eric Gratz, Qina Sa, Diran Apelian, Yan Wang, A closed loop process for recycling spent lithium ion batteries, Journal of Power Sources 262,(2014), p255-262 64 ... tài luận văn: Nghiên cứu đánh giá thực trạng thải pin- ắc quy từ phương tiện giao thông tại Việt Nam nghiên cứu đề xuất công nghệ phù hợp thu hồi lithium từ pin Lithium thải Chuyên... thông lưu thông nước nghiên cứu đề xuất công nghệ phù hợp thu hồi lithium từ pin Lithium thải Mục tiêu nghiên cứu luận văn - Dự báo lượng phương tiện giao thông lưu thông tại Việt Nam -... lượng thải pin ắc quy đồng thời nghiên cứu đề xuất công nghệ phù hợp thu hồi lithium từ pin Lithium thải 24 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU Áp dụng cho điều kiện Việt Nam,