Chi tiết thành phần của tấm pin mặt trời có tế bào quang điện là silicon tinh thể (bên trái) và tấm màng mỏng. Sau xử lý có thể tái sử dụng 85% lượng silicon, và 90% thủy tinh – Đồ họa: GREENMATCH

Với tuổi thọ trung bình của một tấm pin mặt trời vào khoảng 20-25 năm, nhiều công trình tiên phong từ đầu thế kỷ sắp sửa kết thúc vòng đời của chúng. Năm 2016, Cơ quan Năng lượng tái tạo quốc tế (IRENA) dự báo toàn cầu sẽ đối diện với 60-78 triệu tấn rác thải năng lượng mặt trời vào năm 2050.

Những quả bom hẹn giờ

Một tấm pin mặt trời bao gồm nhiều tế bào quang điện (cell pin mặt trời) có khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng.

Ta có thể liên tưởng đến những chiếc bánh mì kẹp: phần nhân là một lớp mỏng silicon tinh thể hoặc phin/màng mỏng, được “cách ly” với môi trường bên ngoài khi kẹp giữa các tấm nhựa và thủy tinh trong suốt. Tất cả được giữ cố định trong một khung nhôm. Ở mặt sau của tấm pin là một hộp nối có chứa dây điện bằng đồng để truyền dòng điện ra ngoài.

Điện mặt trời không tạo ra ô nhiễm không khí hay khí nhà kính, vì thế có thể có những tác động tích cực, gián tiếp đến môi trường, thông qua việc thay thế hoặc cắt giảm các nguồn năng lượng gây ảnh hưởng khác.

Tuy nhiên, một vấn đề đáng lo ngại là các tấm pin cũng có thể chứa nhiều kim loại nặng gây nguy hiểm như chì, thiếc, crom và cadimi.

Thông thường, lớp bảo vệ chắc chắn và kín đáo đảm bảo mọi thứ an toàn. Nhưng khi lớp kính bị vỡ hay các tấm pin không còn nguyên vẹn, các chất nguy hiểm trên có thể rò rỉ, ngấm vào đất rồi vào mạch nước ngầm.

Lo điện mặt trời gây ô nhiễm là ở chỗ này, chứ không phải về phát thải carbon. Nếu con người quản lý kém, nguồn năng lượng sạch cuối cùng sẽ tạo ra những hiểm họa môi trường mới.

Rắc rối còn có thể đến sớm nếu các tấm pin mặt trời kém chất lượng gặp phải thời tiết khắc nghiệt, như dông bão và mưa đá. Trong những tình huống đó, dù ta có thể thu gom hết các thiết bị hư hỏng, câu hỏi được đặt ra là phải làm gì với chúng khi hầu như chưa có công nghệ xử lý đúng đắn nào trong tay.

Lạc quan mà nói, chúng ta đang biết được lượng thời gian còn lại để đối phó với những quả bom hẹn giờ này. Nếu các nước không sớm phát triển các giải pháp tái chế cùng với các chính sách hỗ trợ đi kèm, kết cục của chúng đã rõ: được đưa đến những bãi chôn lấp và thành nguồn gây ô nhiễm.

Trong nguy có cơ

Trong một bài viết trên pv magazine, một ấn phẩm cho cộng đồng quang điện quốc tế, tiến sĩ Mahdokht Shaibani (Đại học Monash, Úc) cho biết trong số các vật liệu có giá trị trong một tấm pin mặt trời, silicon mang lại cơ hội tốt nhất, nhờ chiếm khối lượng đáng để và độ tinh khiết cao (99,9999%).

Silicon từ rác thải quang điện có thể được thu hồi để sử dụng lại cho các tấm pin mặt trời hoặc công nghệ pin Lithium-ion tiên tiến.

Nếu nền công nghiệp xe điện toàn cầu quan tâm đến các phế phẩm từ năng lượng mặt trời, “phế vật” của ngành này có thể trở thành “kho báu” của ngành khác.

Trong tổng chi phí của một xe điện hiện nay, phần pin có thể chiếm từ 33% đến 57%, trong đó sản xuất vật liệu là yếu tố quyết định chi phí năng lượng để sản xuất pin. Nguồn silicon tái chế có thể tạo ra sự thay đổi.

Nhưng tái chế thế nào, và ai sẽ làm việc đó? Theo Chỉ dẫn về chất thải từ thiết bị điện và điện tử (WEEE) của Liên minh châu Âu (EU) có hiệu lực vào năm 2014, mỗi quốc gia trong khối chịu trách nhiệm đưa ra những quy định đối với các tấm pin mặt trời. Nhìn chung thì trách nhiệm được trao cho tất cả các nhà sản xuất quang điện trong EU.

Chính sách chung trên toàn EU này cho phép các nhà sản xuất tính toán tốt hơn và thu trước chi phí xử lý rác từ người tiêu dùng. Vì các tấm pin mặt trời sẽ cần phải thay thế, cách tiếp cận này tạo ra một nguồn kinh phí và hệ thống tại chỗ để tái chế chúng. Tại Nhật Bản, Ấn Độ và Úc, các yêu cầu tái chế vẫn đang được thảo luận.

Hơn 70% công ty sản xuất quang điện ở châu Âu cũng tham gia PV CYCLE, một đầu mối nhận xử lý mọi loại rác thải công nghiệp, từ các tấm quang điện, đến pin và thậm chí cả bao bì đóng gói, qua đó giúp các công ty thỏa mãn mọi quy định môi trường về vòng đời sản phẩm.

Tổ chức này mỗi năm thu gom vài ngàn tấn rác thải điện tử từ điện mặt trời trên khắp EU. Con số đó bao gồm các tấm pin đã hết tuổi thọ, hoặc “về hưu non” do bị hư hỏng, hay sản phẩm lỗi của nhà sản xuất và các thiết bị lỗi thời.

Nhưng nhìn chung, việc tái chế hiện không mấy hấp dẫn về mặt kinh tế. Ví dụ tại Mỹ, theo tạp chí môi trường Grist, nhôm, đồng và thủy tinh thu hồi được từ một tấm pin 60 tế bào quang điện có thể mang lại cho người tái chế khoảng 3 đôla.

Trong khi đó, chi phí tái chế nằm trong khoảng 12 đến 25 đôla, chưa tính phí vận chuyển. Đồng thời, ở những bang cho phép, người ta thường chỉ tốn chưa đến một đô để vứt một tấm pin mặt trời vào bãi chôn lấp chất thải rắn.

Nếu các thành phần có giá trị hơn, cụ thể là silicon và bạc, có thể được phân tách và tinh chế một cách hiệu quả, tỉ lệ chi phí – doanh thu có thể được cải thiện. Một số ít các cơ sở tái chế pin mặt trời đang cố gắng cải tiến công nghệ, như Veolia (Pháp), Recycle PV Solar (Mỹ) với khả năng thu hồi hơn 90% vật liệu trong các tấm pin.

Pin mặt trời ở California, Mỹ – Ảnh: NatGeo

Cũ người mới ta

Ngoài việc phát triển các phương pháp tái chế tốt hơn, ngành công nghiệp năng lượng mặt trời nên suy nghĩ về việc tái sử dụng các tấm pin bất cứ khi nào có thể. Lý do là vì các tấm pin hoàn chỉnh có thể có giá trị cao hơn số kim loại và khoáng chất bên trong chúng, và việc tái sử dụng thường đòi hỏi ít năng lượng hơn so với tái chế.

EU cũng đang đi trước về vấn đề này. Ủy ban châu Âu đang tài trợ cho một loạt các dự án tái sử dụng các tấm pin trên mái nhà và trang trại năng lượng mặt trời, bao gồm mục đích cung cấp năng lượng cho các trạm sạc xe đạp điện ở Berlin (Đức) và các khu phức hợp nhà ở tại Bỉ.

Một tấm pin to lớn, khi bị hư hại hoặc hết hạn sử dụng, có thể được “hồi sinh” một phần cho những công trình nhỏ hơn. EnergyBin là một nền tảng web giữa doanh nghiệp và doanh nghiệp (B2B) cho phép các công ty năng lượng mặt trời rao bán hoặc tìm mua những tấm pin đã qua sử dụng.

Một tấm pin “hết tuổi” không có nghĩa là nó không thể tiếp tục tạo ra năng lượng. Vincent Latham Sr., người sáng lập tổ chức phi lợi nhuận Working for the Son solar (Mỹ), tận dụng các tấm pin cũ cho các dự án tình nguyện – những nơi chỉ cần có ít điện đã rất đáng mừng.

Họ giúp những cộng đồng bản địa Mexico xây dựng các hệ thống nhỏ cho hộ gia đình, kết hợp chức năng quang điện và lưu trữ năng lượng.

Tuy nhiên, một số công ty tái chế ở Mỹ đang bán các tấm pin mặt trời cũ với chất lượng thấp sang các nước đang phát triển. “Và những quốc gia đó thường không có quy định đối với rác thải điện tử – nhà nghiên cứu Meng Tao của Đại học bang Arizona (Mỹ) chia sẻ với Grist – Vì vậy, cuối cùng, (các nước phát triển) chỉ đang “đổ” vấn đề của mình sang một quốc gia nghèo”.

Tóm lại, để ngành công nghiệp tái chế pin mặt trời phát triển bền vững, cuối cùng sẽ cần đến các chính sách và quy định hỗ trợ. Nhưng chắc chắn rằng vấn đề đang tồn tại và ngày càng trở nên lớn hơn.

Theo Union of Concerned Scientists (Mỹ), ngay bây giờ chúng ta cần phải tính tới chuyện tái chế trong khi nhu cầu còn thấp, vì một đợt sóng đang chờ ta ở thập niên tới khi thế hệ pin mặt trời đầu tiên bắt đầu già đi.