Việc tái chế tấm pin mặt trời mang lại cho chúng ta rất nhiều lợi ích, như xử lý nguồn rác thải từ các tấm pin đã hết vòng đời và mang lại nhiều lợi ích kinh tế.
Bài toán về rác thải pin mặt trời
Vài thập niên trở lại đây, điện mặt trời được phát triển nhanh chóng trên khắp thế giới. Tốc độ tăng trung bình về công suất lắp đặt điện mặt trời đạt trên 40%/năm (giai đoạn 2008-2018). Điều này bắt nguồn từ một số nguyên nhân như: tính kinh tế của điện mặt trời ngày càng cao, đã có thể cạnh tranh với năng lượng hóa thạch; công nghệ đơn giản và ngày càng được tối ưu; năng lượng mặt trời vô tận và phân bổ khá đều trên bề mặt Trái Đất nên hầu như quốc gia, khu vực nào cũng có thể khai thác. Hiện điện mặt trời đã đứng vị trí thứ 3 về tổng công suất lắp đặt, chỉ sau thủy điện và điện gió. Tổng công suất lắp đặt điện năng lượng mặt trời trên thế giới đã đạt 505 GW vào năm 2018 và được dự báo sẽ tăng lên 2.630 GW vào năm 2030, đạt 6.400 GW vào năm 2050.
Sự phát triển nhanh chóng trong thời gian ngắn của điện mặt trời trên khắp toàn cầu đặt ra bài toán về việc xử lý số lượng lớn các tấm pin năng lượng mặt trời sau khi hết vòng đời. Theo một số tính toán, nếu tính trung bình mỗi tấm pin mặt trời có công suất 300W và nặng 15kg thì với tổng công suất 505 GW, cần khoảng 1,7 tỷ tấm pin, tương đương 25,5 triệu tấn vật liệu. Từ dự báo công suất điện mặt trời, đến năm 2030 sẽ có 131 triệu tấn vật liệu rác thải pin mặt trời và con số này sẽ lên đến 323 triệu tấn vào năm 2050.
Điện mặt trời đang phát triển nhanh chóng trên khắp thế giới (Ảnh minh họa)
Nhiều lợi ích từ việc tái chế tấm pin mặt trời
Theo các chuyên gia trong lĩnh vực quang năng, các tấm pin năng lượng mặt trời hoàn toàn có thể tái chế với tỷ lệ rất cao. Điều này không chỉ mang lại lợi ích về kinh tế, môi trường mà còn một lần nữa khẳng định điện mặt trời là nguồn năng lượng sạch, các tấm pin mặt trời là những sản phẩm “double green”: sau nhiều năm tạo ra điện sạch từ quang năng tiếp tục được tái chế để làm ra những tấm pin mới hoặc sử dụng trong các ngành công nghiệp khác.
Một tấm pin năng lượng mặt trời bao gồm các vật liệu như sau:
- Khung được làm bằng nhôm.
- Kính loại cường lực/an toàn. Tế bào quang điện là tấm silic dạng tinh thể hoặc màng silic mỏng. Tấm kính cường lực và tế bào quang điện thường được sản xuất từ cát với thành phần chủ yếu là Oxit Silic – thường dùng để sản xuất các đồ dùng như chai lọ thủy tinh đựng thức ăn…
- Phim EVA: là loại vật liệu polymer kết hợp giữa Ethylene và Acetate, được sản xuất qua phản ứng trùng hợp dưới áp suất rất cao, đã được ứng dụng rộng rãi trong ngành may mặc, giày dép, công nghiệp phụ trợ….
- Lớp phủ polymer: thường sử dụng PVF – là một vật liệu được sử dụng trong nội thất máy bay, làm áo mưa… Một số loại tấm pin cao cấp hơn thì sử dụng kính cường lực (loại double glass).
- Hộp nối điện: Vỏ hộp dùng loại polymer chịu nhiệt, chịu lửa, chịu thời tiết, chống tia UV… Các đầu nối trong hộp thường làm bằng đồng thau, phủ bạc hoặc thiếc.
- Các dây dẫn làm bằng đồng hoặc bạc.
Trong một tấm pin năng lượng mặt trời, tấm kính cường lực thường nặng nhất: ~65%; sau đó tới khung: ~20%; rồi đến các tế bào quang điện: 6-8%, cuối cùng là các thành phần còn lại. Tổng khối lượng của tấm kính, khung và tế bào quang điện chiếm khoảng 91-93% khối lượng của toàn bộ tấm pin năng lượng mặt trời. Như vậy, phần lớn các vật liệu trong một tấm pin mặt trời là có thể tái chế, thu hồi để tái sản xuất.
Công nghệ xử lý, tái chế tấm pin mặt trời hiện nay kết hợp các công nghệ Vật lý, công nghệ Nhiệt và công nghệ Hóa học:
- Đầu tiên, người ra dùng công nghệ Vật lý để tách các thành phần của tấm pin như khung nhôm, các hộp nối điện, dây dẫn… Phần nhôm sẽ được tái luyện để tiếp tục sử dụng. Các thành phần còn lại có thể được nghiền vụn để phân tích và xử lý thích hợp.
- Sau đó, công nghệ Nhiệt sẽ được áp dụng để nung, ủ các thành phần tấm pin trong lò nhiệt, làm nung chảy các thành phần như keo EVA để thu hồi các dây hàn nối, tấm kính, các silicon… để tái sử dụng.
- Công đoạn cuối cùng là sử dụng các hóa chất như chất hòa tan, chất ăn mòn, chất phản ứng khử… để xử lý và thu hồi các thành phần còn lại của tấm pin.
Công nghệ, quy trình xử lý, tái chế tấm pin mặt trời đã hết vòng đời (Ảnh Tạp chí Công thương)
Xem thêm Quy trình tái chế tấm pin năng lượng mặt trời
Chính vì vậy, các tấm pin mặt trời không sử dụng nữa (do hết vòng đời hoặc hỏng hóc) chính là tài nguyên làm vật liệu đầu vào sản xuất các tấm pin mới hoặc cho các mục đích khác (hầu hết được tái sử dụng để tiếp tục sản xuất tấm pin mới). Việc tái chế tấm pin mặt trời sẽ giúp ngành công nghiệp điện mặt trời ngày càng phát triển. Dự kiến đến năm 2050, sẽ có 2 tỉ tấm pin năng lượng mặt trời mới được sản xuất hoàn toàn từ nguồn vật liệu tái sử dụng này. Điều này có nghĩa là sẽ có 630 GW năng lượng sạch được sản xuất nhờ nguồn vật liệu tái chế. Ngoài ra, các nhà máy tái chế tấm pin năng lượng mặt trời cũng tạo thêm nhiều cơ hội việc làm cho con người.
Xu hướng trên thế giới
Xu hướng trên thế giớiTrên thế giới, EU là khu vực đầu tiên ban hành các luật về phế thải điện mặt trời (Thông tư WEEE). Luật này bao gồm các vấn đề như thu gom, tái chế, tái sử dụng các tấm pin mặt trời phế thải, trách nhiệm của các nhà sản xuất, cung cấp tấm pin. Với các tấm pin mặt trời không còn sử dụng, EU quy định tỷ lệ tái chế / tái sử dụng là 85%/80%. Anh, Đức, Sec… là những quốc gia tiên phong thực hiện thông tư này.
Hiện nay, đã có nhiều nhà máy xử lý các tấm pin mặt trời cũ với tỷ lệ tái chế lên đến 96%. Nhiều quốc gia cũng đang nghiên cứu các công nghệ để việc tái chế tấm pin năng lượng mặt trời ngày càng hiệu quả, chi phí thấp, rút ngắn thời gian tái chế… Chẳng hạn như, năm 2018, Tập đoàn xử lý nước thải và chất thải Veolia đã mở nhà máy tái chế tấm pin mặt trời tại Rousset, miền Nam nước Pháp. Đây là nhà máy tái chế tấm pin mặt trời đầu tiên của châu Âu. Trong nhà máy này, robot sẽ tiến hành tháo rời các tấm pin mặt trời để thu hồi thủy tinh, silic, nhựa, đồng và bạc, nghiền nát thành các hạt có thể sử dụng để chế tạo các tấm pin mới. Nhà máy đã hợp đồng với tổ chức phi chính phủ PV Cycle để tái chế 1.300 tấn tấm pin mặt trời vào năm 2018. Mới đây, Veolia cho biết mỗi năm nhà máy này có thể tái chế được 40 tấn tấm pin mặt trời. Tái chế 1 tấn tấm pin mặt trời tương đương việc tránh được 1.2 tấn CO2 thải ra.
Nguồn: Vuphong.vn
