Điện mặt trời đã có những bước phát triển vượt bậc trong thập kỷ vừa qua, nâng mức tiêu thụ từ 88 TWh vào năm 2010 lên 17.943 TWh vào năm 2019. Sự tiến bộ này không nằm ngoài dự đoán vì thế giới đã dần nhận thức được lợi ích rõ rệt của loại năng lượng này. Trên thực tế, không chỉ năng lượng mặt trời mà tất cả các dạng năng lượng tái tạo khác đang từng bước chiếm ưu thế, dành lấy thị phần của loại hình năng lượng “truyền thống” điện than.

Tuy nhiên, việc sử dụng điện năng lượng mặt trời không được hoàn hảo như ta nghĩ. Các tấm quang điện khi hết hạn sử dụng có thể làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường khi không được xử lý kỹ càng. Một tấm quang điện có tuổi thọ tiêu chuẩn là 20 năm – tức các dự án lắp đặt từ đầu những năm 2000 đã đi gần hết vòng đời! Vì vậy, trong bài viết tuần này, chúng ta sẽ tìm hiểu điều gì sẽ xảy ra với những tấm quang điện không khi chúng kết thúc vòng đời.

Trong một tấm quang điện có gì?

Một mô đun tấm quang điện bao gồm các thành phần sau: khung thép, dây dẫn điện, tấm kính bảo vệ và màng nhựa, các tinh thể silicon cùng nhiều kim loại khác. Tấm quang điện có khả năng chuyển hóa bức xạ mặt trời thành điện năng mà không tạo ra tiếng ồn hay chất thải, tuy nhiên cũng chính vì có nhiều thành phần kim loại nặng mà công nghệ này dễ làm ảnh hưởng đến môi trường.

Thực trạng tái chế tấm quang điện

May thay, thông qua các phương pháp tái chế hiệu quả, chúng ta có thể loại bỏ được những tác hại lên môi trường của tấm pin. First Solar, công ty điện mặt trời lớn nhất tại Mỹ, hiện sở hữu cơ sở tái chế có khả năng tái chế đến 90% vật liệu dung để chế tạo tấm pin. Giúp chúng được tái sinh thành tấm pin mới hoặc vật dụng khác hữu ích hơn.

Hiện tại, Trung Quốc và Mỹ là hai nước sử dụng nhiều tấm pin nhất, nhưng chỉ có Châu Âu là nơi có buộc các nhà sản xuất phải có trách nhiệm với rác thải của họ.

Veolia, một công ty xử lý rác thải tại Pháp, là đơn vị đầu tiên mở nhà máy tái chế pin mặt trời chuyên biệt. Tuy nhiên, họ đang gặp phải khó khăn trong việc thuyết phục các công ty tham gia ứng dụng quy trình tái chế đạt chuẩn thay vì chôn lấp tấm pin hay dùng các phương pháp tiết kiệm hơn nhưng kém hiệu quả hơn.

Liên minh Châu Âu yêu cầu các công ty năng lượng mặt trời có trách nhiệm thu gom và tái chế các tấm pin của họ; chi phí tái chế sẽ được tính thêm vào giá bán. Như vậy, chất thải và tác động đến môi trường của các tấm pin được giảm thiểu trong khi mức giá chỉ tăng nhẹ đối với người tiêu dùng.

Tính đến nay, Hoa Kỳ và Trung Quốc chưa áp dụng một chế tài tương tự. Tại Mỹ, Washington là tiểu bang duy nhất bắt buộc các nhà sản xuất phải xử lý các tấm pin tại một cơ sở chuyên biệt.

Ở các nước châu Á, nơi năng lượng mặt trời phát triển bùng nổ trong những năm qua, chưa có chính sách phù hợp nào được đưa ra để xử lý rác thải từ tấm pin mặt trời. Đến năm 2030, nơi đây đối mặt với nguy cơ bị chôn vùi bởi các thành phần nguy hiểm từ các tấm pin đã qua sử dụng. Vì vậy, điều quan trọng nhất bây giờ là sự vào cuộc của các nhà làm luật. Khi có phương án quản lý chặt chẽ, điện mặt trời chắc chắn sẽ được sử dụng rộng rãi hơn nữa.

Vấn đề trong xử lý rác thải điện mặt trời

Hầu hết các nhà máy tái chế năng lượng mặt trời chỉ đơn giản là loại bỏ bạc và đồng – những kim loại giá trị khỏi tấm pin, sau đó tái chế kính và vỏ nhựa bằng cách đốt chúng trong lò nung. Vì quá trình này tốn kém và tốn thời gian, nên các công ty năng lượng mặt trời sẽ thuận tiện hơn trong việc thả các tấm pin cũ vào bãi chôn lấp hoặc xuất khẩu chúng sang các nước thuộc thế giới thứ ba.

Mặc dù một bãi chôn lấp được xây dựng phù hợp có thể lưu trữ các chất độc hại trong chất thải, nhưng một quốc gia đang phát triển có thể không có đủ cơ sở hạ tầng hoặc quy định để xử lý đúng cách chất thải tấm pin mặt trời nhập khẩu. Những kim loại này khi thải ra môi trường xung quanh có thể gây ra vấn đề sức khỏe cộng đồng, đặc biệt là ở các quốc gia còn thiếu kinh nghiệm xử lý. Dù năng lượng mặt trời được sử dụng rộng rãi là một tín hiệu đáng mừng, vấn đề này có thể trở nên tồi tệ hơn trong những thập kỷ tới, với gần 80 triệu tấn chất thải năng lượng mặt trời được ước tính phải xử lý vào năm 2050.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các kim loại nặng trong các tấm pin mặt trời – cụ thể là chì và cadmium – có thể đi vào nước ngầm, ảnh hưởng đến thực vật và các sinh vật sống khác. Những kim loại này cũng đặc biệt nguy hiểm với sức khỏe con người. Được biết, chì có thể làm suy giảm sự phát triển não bộ ở trẻ em, và cadmium là chất gây ung thư.

Ngoài ra, tấm quang điện đòi hỏi sử dụng silicon siêu tinh khiết để tối ưu sự chuyển động của các electron. Từ, đây chúng ta phải đối mặt với một vấn đề lớn: Mặc dù silicon có thể tái chế, nhưng để cải thiện hiệu suất pin mặt trời, ta phải dùng thêm các kim loại có hại cho sức khỏe như cadmium và chì, khiến chi phí tái chế tăng cao. Trên thực tế, chi phí để tái chế tấm quang điện còn cao hơn là chi phí hơn là sản xuất mới. Nhìn chung, thực khó để thuyết phục các doanh nghiệp phải đánh đổi lợi ích kinh tế.

Lợi ích kinh tế tiềm tàng?

Một nghiên cứu của Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế (IRENA, 2016) chỉ ra rằng về lâu dài, việc xây dựng các nhà máy tái chế tấm quang điện chuyên dụng có thể thu về 450 triệu USD vào năm 2030 và hơn 15 tỷ USD vào năm 2050.

Tuy nhiên, lợi nhuận không nên là động lực chính của việc tái chế, vì một nghiên cứu khác được công bố vào năm 2017 cho thấy rằng việc chôn lấp các tấm pin mặt trời tinh thể silicon (hiện chiếm 80% thị trường toàn cầu) rẻ hơn so với việc tái chế chúng. Vì giá các vật liệu tái chế khá cao, các nhà phát triển có thể khó cưỡng lại những vật liệu mới có giá rẻ hơn.

Mô-đun năng lượng mặt trời là một tập hợp các thành phần như khung ổn định, dây truyền tải điện, tấm kính bảo vệ và màng nhựa, cũng như các tế bào silicon tạo điện và các kim loại khác. Việc tái chế rất phức tạp và tốn kém, liên quan đến các quá trình cơ học, nhiệt và hóa học.

Với những tấm quang điện sử dụng silicon, việc khôi phục một số thành phần cốt lõi có thể tiết kiệm chi phí, nhưng việc chiết xuất và tinh chế silicon và các kim loại quý khác sẽ rất tốn kém. Các nhà tái chế phải phá vỡ toàn bộ tấm pin, nung chảy các thành phần, hoặc thậm chí ngâm vật liệu trong hóa chất có tính axit.

Một trở ngại khác là khâu hậu cần. Các nhà phát triển năng lượng mặt trời đôi khi hoạt động ở các địa điểm xa xôi, trong khi các cơ sở tái chế có xu hướng tập trung ở các khu vực phát triển, đòi hỏi các công ty phải vận chuyển các tấm pin cồng kềnh trên một quãng đường dài.

Quá trình tái chế

Mời bạn đọc tham khảo quy trình tái chế được mô phỏng bởi GREENWATCH: