Với ưu điểm phát ra nguồn điện sạch, không gây hại tới môi trường, năng lượng mặt trời đã được lựa chọn là một trong những ngành năng lượng sạch chủ đạo của thế giới trong khoảng 2 thập kỷ trở lại đây. Tuy nhiên, tuổi thọ của mỗi tấm pin mặt trời cũng có thời hạn, trung bình từ 25 - 30 năm. Khi hết thời hạn sử dụng hoặc bị hỏng hóc, chúng sẽ trở thành rác thải điện tử. Với sự phát triển như vũ bão của ngành năng lượng mặt trời như hiện nay, đến năm 2050, thế giới có thể sẽ có tới 78 triệu tấn tấm pin mặt trời hết tuổi thọ và khoảng 6 triệu tấn rác thải điện tử năng lượng mặt trời mỗi năm.
Tìm hiểu về cấu tạo của tấm pin mặt trời
Lớp bán dẫn của tấm pin mặt trời là bộ phận chứa chất độc hại.
Tấm pin mặt trời về cơ bản được cấu tạo thành từ các tế bào quang điện (Photovoltaic - PV). Tiếp theo là lớp bán dẫn được bảo vệ giữa lớp polyme và thủy tinh. Trên thế giới hiện nay có 2 công nghệ sản xuất tấm pin mặt trời là Crystalline Sillicon và Thin Film. Công nghệ Thin Film sẽ sử dụng các kim loại nặng gây hại như Bismut hay Cadimi để sản xuất lớp bán dẫn. Trong khi đó công nghệ Crystalline Sillicon chỉ sử dụng Silic và không sử dụng kim loại nặng như Bismut hay Cadimi.
Tùy theo từng đặc điểm địa lý mà mỗi khu vực trên thế giới sẽ sử dụng công nghệ sản xuất pin mặt trời khác nhau. Như tại khu vực cận xích đạo, Crystalline Sillicon sẽ cho hiệu quả kinh tế cao, đồng thời không gây hại tới môi trường vì công nghệ này không chứa kim loại nặng. Tuy nhiên, công nghệ Thim Film lại đem tới hiệu suất cao hơn ở khu vực bức xạ thấp.
Tất cả những lớp thành phần của tấm pin mặt trời được bảo vệ trong khung nhôm. Mặt sau của tấm pin là bảng điều khiển và hộp nối chứa các dây dẫn điện.
Số phận những tấm pin mặt trời cũ sẽ đi về đâu?
Những tấm pin mặt trời sau khi hết thời hạn sử dụng hoặc bị hỏng hóc do thời tiết, sự cố...
Câu trả lời đó chính là các bãi rác hoặc hố chôn lấp rác. Tuy tấm pin mặt trời là một trong những nguồn năng lượng chủ đạo của ngành năng lượng sạch nhưng lại phạm khuyết điểm lớn là rất khó tái chế. Thông thường, những tấm pin mặt trời sau khi hỏng hóc hoặc hết hạn sử dụng chỉ được xử lý một cách thô sơ rồi vứt tại các bãi chôn lấp rác.
Trong quá trình tái chế, khung và hộp điều khiển của tấm pin mặt trời sẽ được giữ lại để thu hồi nhôm và đồng. Phần còn lại của tấm pin mặt trời là mô-đun gồm các tế bào thủy tinh, polyme và silicon được phủ bạc và hàn bằng thiếc và chì. Với những khu vực sử dụng tấm pin mặt trời có chứa kim loại nặng và chất độc hại gây hại tới sức khỏe con người như chì, crom, cadimi, thủy ngân… nếu các mô-đun không được xử lý đúng cách, mà chỉ được vứt bỏ tại các bãi chôn lấp rác, chất độc hại sẽ ngấm vào đất và nguồn nước, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và ảnh hưởng tới sức khỏe của con người và động thực vật. Đây là vấn đề nan giải nhất của quy trình xử lý tấm pin năng lượng mặt trời.
Theo luật pháp châu Âu, các doanh nghiệp sản xuất tấm pin mặt trời phải đảm bảo được yêu cầu về tái chế. Trong khi đó, tại Mỹ không có bất kỳ quy định nào về tái chế, ngoại trừ tiểu bang Washington. Nhật Bản, Ấn Độ và Úc cũng đang yêu cầu các quy định về tái chế.
Theo ông Sam Vanderhoof, Giám đốc điều hành của công ty tái chế pin mặt trời Recycle PV Solar của Mỹ cho biết, hiện nay chỉ có khoảng 10% số lượng tấm pin mặt trời được tái chế. Phần còn lại không tái chế được sẽ bị đưa đến các bãi chôn lấp rác hoặc xuất khẩu ra nước ngoài để tái sử dụng ở các nước đang phát triển vốn không có quy định về rác thải điện tử hay có luật bảo vệ môi trường yếu kém. Có thể thấy, các quốc gia phát triển như Mỹ đang đổ vấn đề khó xử lý của mình cho các nước kém phát triển hơn. Đây là điều hoàn toàn bất hợp lý và không nên tiếp diễn trong tương lai nếu muốn đưa ngành năng lượng mặt trời phát triển bền vững hơn.
Những giải pháp xử lý tấm pin mặt trời cũ
Để ngành năng lượng mặt trời không đi vào ngõ cụt, các nhà nghiên cứu trên thế giới đã phát triển nhiều phương pháp tái chế hiệu quả và hiện đại hơn trong đó phải kể tới như cơ học, nhiệt và hóa học…
Với những thành phần có khả năng tái sử dụng như nhôm, thủy tinh, polymer, phương pháp cơ học sẽ phân tách và thu hồi lại được từ tấm pin mặt trời. Sau đó, các chất liệu sẽ được xử lý thành nguyên liệu mới cho sản xuất.
Phương pháp sử dụng nhiệt độ cao cũng có thể phân hủy cấu trúc hóa học của vật liệu và tách được kim loại có giá trị ra. Tuy nhiên, đây là phương pháp không được ưu tiên vì nó đòi hỏi nhiều năng lượng để xử lý. Một phương pháp nữa được coi là hiệu quả nhất hiện nay, đó chính là dùng dung môi, axit hoặc kiềm để phân tách và thu hồi kim loại, chất bán dẫn.
Bên cạnh những phương pháp phổ biến này, các công nghệ mới mang tính thân thiện với môi trường cũng được phát triển trong lĩnh vực tái chế tấm pin mặt trời như: công nghệ nano để phân hủy vật liệu; công nghệ enzym giúp thu hồi kim loại và chất bán dẫn; kỹ thuật tái chế hỗn hợp vật liệu từ các tấm pin khác nhau…
Ngoài việc phát triển các phương pháp tái chế tấm pin, ngành năng lượng mặt trời cũng nên tập trung vào hạng mục tái sử dụng, bởi việc tái sử dụng thường cần ít năng lượng hơn so với tái chế. Trong phương án tái sử dụng, châu Âu đang là khu vực đi đầu với mô hình Kinh tế Tuần hoàn Năng lượng Mặt trời. Được biết, Ủy ban châu Âu đang tài trợ cho các dự án tái sử dụng tấm pin mặt trời.
Tái chế và tái sử dụng tấm pin mặt trời một cách khoa học, hiệu quả và thân thiện với môi trường là mục tiêu cần hướng tới trong tương lai.
