Tấm pin năng lượng mặt trời có thể tái chế được không?

Tốc độ tăng trưởng của ngành công nghiệp năng lượng mặt trời vẫn đang tiếp tục tăng theo cấp số nhân hàng năm trên khắp thế giới. Tuy nhiên, một ngành công nghiệp tự hào với việc thúc đẩy con người tiêu thụ năng lượng sạch và tự hào là một ngành hỗ trợ tốt để thích ứng với biến đổi khí hậu thì chắc chắn không thể không quan tâm đến vấn đề xử lý, tái chế các tấm pin khi chúng hết tuổi thọ.

Các quốc gia phát triển công nghiệp hàng đầu thế giới như Mỹ, Nhật Bản và Đức đã đạt mức gần 50 GW (50 tỷ W) công suất pin mặt trời (tính đến cuối năm 2017), như chúng ta có thể tưởng tượng rằng sau 25 – 30 năm sau lượng chất thải từ các tấm pin hết hạn này sẽ nhiều đến cỡ nào.

Trong thực tế những bảng pin mặt trời lắp đặt tại thời điểm này có thể tồn tại được 25 – 30 năm. Điều đó cho ta hình dung được vào các năm 2045 – 2050 những tấm pin này đã xuống cấp hoặc hết tuổi thọ, thời điểm đó chúng cần được tái chế thành nguyên liệu thô để tiếp tục sản xuất các sản phẩm năng lượng mặt trời mới.

Vậy các tấm pin mặt trời có thể tái chế được hay không? – Câu trả lời ngắn gọn nhất là “” nhưng liệu sau quá trình tái chế thì ta thu được những gì? – Mời các bạn tiếp tục với bài viết bên dưới đây.

Những vật liệu có thể thu thập được từ quá trình tái chế pin mặt trời

Những bảng pin năng lượng sẽ phải được phân loại theo công nghệ để tái chế:

Các công nghệ silicon thông thường là đơn tinh thể dùng để cấu tạo pin mặt trời Mono hoặc đa tinh thể dùng để cấu tạo pin năng lượng Poly sẽ được xử lý tái chế tương tự nhau, nhưng các loại tấm pin mặt trời màng mỏng cấu tạo bởi các thành phần như Cadmium Telluride (CdTe) hoặc Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) phải được xử lý riêng vì những thành phần này phức tạp và độc hại hơn rất nhiều.

Tấm pin năng lượng mặt trời cao cấp silicon Poly và Mono thường chỉ bao gồm các vật liệu an toàn như đồng (1% – kết nối), silicon (5% – tế bào quang điện), nhôm (8% – bộ khung), Polyme hoặc nhựa (10% – nền bao bọc), thuỷ tinh (76% – tấm kính bảo vệ bề mặt).

Mặt khác, công nghệ màng mỏng chứa một vài lớp vật liệu bán dẫn mỏng được tích hợp trên tấm thuỷ tinh, polyme hoặc kim loại.

Các tấm pin mặt trời CIGS có thể được điều chỉnh để đạt được khả năng hấp thụ ánh sáng cao, nhờ điều chỉnh quang phổ ánh sáng thay đổi theo thành phần của các vật liệu bán dẫn (indium, gallium và selenium). Từ các mô-đun CIGS, có thể tái chế được 89% thuỷ tinh, 7% nhôm và 4% polyme. Các thành phần còn lại như đồng, indium, gallium, selenium, kẽm và các kim loại khác được chiết xuất gần như không đáng kể (0,2%).

Pin năng lượng mặt trời CdTe sử dụng cadmium sunfua và các vật liệu khác như cadmium, tellurium và đồng để cấu tạo lớp tế bào quang điện. Tỷ lệ của thuỷ tinh trong mô-đun CdTe cao hơn so với các mô-đun khác (khoảng 97%) và gần 3% là polyme. Các vật liệu khác như niken, kẽm và các kim loại khác chỉ chiếm chưa tới 0,5% trên tổng khối lượng của mô-đun mặt trời.

Ở đây chúng ta có thể thấy mỗi công nghệ sản xuất tấm pin khác nhau sẽ có tỷ lệ khối lượng các thành phần khác nhau.

Quá trình tái tấm pin mặt trời chế như thế nào?

Bước đầu tiên là tháo gỡ mảng pin, việc này bao gồm dây cápm thép, khung nhôm, giá đỡ và các thiết bị điện tử khác (bộ biến tần, ắc quy…). Sau đó, những tấm pin được đóng gói kỹ càng và chuyển đến các trung tâm xử lý, tái chế hoặc bãi chôn lấp theo quy định của Bộ môi trường.

Các thành phần chính như thuỷ tinh, nhôm, hệ thống dây điện và polyme có thể dễ dàng được tái chế bởi quá trình tách cơ học. Sau đó, để đảm bảo rằng các vật liệu này không có độ lẫn tạp chất cao làm giảm giá trị thì chúng cần phải được trải qua các quy trình tổ hợp nhiệt, hoá và quá trình luyện kim.

Nhôm, thép và đồng từ dây điện có thể được bao gồm trong khâu tái chế kim loại, trong khi polyme có thể được xử lý trong các nhà máy xử lý chất thải năng lượng. Mặt khác, việc thu hồi vật liệu quý hiếm (silicon, bạc) hoặc vật liệu nguy hiểm (cadmium, chì, selenium) sẽ đòi hỏi các quy trình tiên tiến hơn. Thông qua quá trình nhiệt phân (phân huỷ ở nhiệt độ cao 500°C), có thể loại bỏ các lớp kim loại bọc tế bào điện và các mảng tạp chất để có thể cho ra một thỏi silicon mới.

Liệu rằng có thể tái chế pin mặt trời quy mô lớn được không?

Ở phần trên, chúng ta đã hiểu biết đươc tấm pin mặt trời sẽ được tái chế như thế nào. Tuy nhiên, một câu hỏi quan trọng liên quan đến vấn đề này là:

Liệu rằng ngành công nghiệp năng lượng mặt trời có máy móc, công cụ, nhà máy nào có thể tái chế số lượng lớn các tấm pin hay không? – câu trả lời ngắn gọn là “KHÔNG“.

Thị trường về lĩnh vực này hiện vẫn chưa được định hình rõ ràng cũng như chưa có sự thống nhất về chính sách, quy định, kinh tế hoặc luận điểm phương pháp xử lý ở nhiều nơi trên thế giới.

Điều này đặt ra một thách thức mới về môi trường cho ngành công nghiệp điện mặt trời cần được giải quyết ở các nước phát triển mạnh như Mỹ, Nhật Bản, Đức, Ấn Độ và đặc biệt đất nước đông dân có công suất điện mặt trời tích luỹ cao nhất là Trung Quốc (130GW năm 2017).

Trên thực tế, dựa trên những ước tính của IRENA (International Renewable Energy Agency – cơ quan tái tạo quốc tế) trong báo cáo năm 2016, dự báo chất thải của các mảng pin năng lượng sẽ lên đến 78 triệu tấn, tương đương với 4.500 GW (4.500 tỷ W) công suất vào năm 2050. Năm quốc gia có lượng chất thải ước tính lớn nhất là Trung Quốc, Mỹ, Nhật, Ấn Độ và Đức, bạn có thể dễ dàng thấy trong biểu đồ dưới đây:

Các chuyên gia đã có phương pháp gì để thúc đẩy việc tái chế pin năng lượng mặt trời chưa?

Bước đi đầu tiên của ngành công nghiệp điện mặt trời trên toàn thế giới là phát triển một bộ khung chính sách giống như châu Âu với Chỉ thị thiết bị điện và điện tử thải loại (WEEE) yêu cầu tất cả các nhà sản xuất cung cấp năng lượng mặt trời cho thị trường châu Âu phải hỗ trợ một khoản chi phí liên quan đến vẫn đề tháo dỡ, vận chuyển và tái chế khi tấm pin hết hạn.

Ở châu Âu có một vài công ty hoạt động như một tổ chức phi lợi nhuận với việc tập trung tái chế các tấm pin năng lượng mặt trời cho các nước trong Liên minh châu Âu. Hiện nay, các tổ chức này vẫn đang dẫn đầu về phương pháp và chi phí để tái chế hiệu quả các mảng pin năng lượng mặt trời.

Khi mà có nhiều hơn những tổ chức như vậy xuất hiện, những sáng kiến mới được nảy ra là điều tất yếu. Các nước như Trung Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ và Mỹ vẫn đang tích cực nghiên cứu để phát triển trong việc bảo tồn và tái sử dụng các hệ thống năng lượng mặt trời.