Tái chế tấm pin năng lượng mặt trời: Nhìn ra cơ hội trong tương lai

Ở Odessa, Texas, các công nhân tại Công ty SolarCycle đang dỡ các tấm pin quang điện đã hết hạn sử dụng xuống khỏi xe tải. Đó là những tấm pin được thu hồi từ các trang trại năng lượng mặt trời thương mại trên khắp Hoa Kỳ.

Họ tách từng tấm ra khỏi khung nhôm và hộp điện, sau đó đưa chúng vào máy để tách lớp kính ra khỏi vật liệu. Tiếp theo, các tấm được nghiền, cắt nhỏ và trải qua một quy trình đã được cấp bằng sáng chế để chiết xuất các vật liệu có giá trị - chủ yếu là bạc, đồng và silicon tinh thể. Sau đó họ sẽ bán những thành phần này, cùng với các vật liệu rẻ hơn như nhôm và kính, thậm chí có thể tái chế để sản xuất thế hệ tấm pin mặt trời tiếp theo.

Quá trình này rồi đây sẽ trở nên phổ biến hơn khi sắp tới các tấm pin mặt trời hết hạn sẽ bắt đầu tăng lên. Hiện tại, khoảng 90% các tấm pin ở Hoa Kỳ đã mất hiệu quả sử dụng do tuổi thọ hoặc bị lỗi, sẽ bị đưa đến các bãi chôn lấp.

Nhưng những người ủng hộ tái chế ở Mỹ cho rằng việc tăng cường tái sử dụng các vật liệu có giá trị, như bạc và đồng, sẽ giúp thúc đẩy nền kinh tế tuần hoàn - giảm thiểu chất thải và ô nhiễm bằng cách liên tục tái sử dụng vật liệu. Theo báo cáo năm 2021 của Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREL), việc tái chế các tấm pin năng lượng mặt trời cũng có thể giảm nguy cơ rò rỉ chất độc từ các bãi chôn lấp ra môi trường, giảm tình trạng phụ thuộc vào chuỗi cung ứng pin năng lượng từ Đông Nam Á, giảm chi phí nguyên liệu thô để sản xuất pin năng lượng mặt trời, và mở rộng cơ hội thị trường cho các cơ sở tái chế.

Tất nhiên, tái sử dụng các tấm pin đã xuống cấp nhưng chức năng vẫn còn hoạt động là một lựa chọn hợp lý. Hàng triệu tấm trong số này hiện bị chôn lấp ở các quốc gia đang phát triển, một phần nhỏ hơn được tái sử dụng. SolarCycle đang xây dựng một nhà máy ở Texas sẽ sử dụng các mô-đun đã được sửa chữa.

Viễn cảnh về tình trạng dư thừa các tấm pin hết hạn sử dụng trong tương lai đang thúc đẩy một số cơ sở tái chế năng lượng mặt trời nỗ lực giải quyết tình trạng lệch pha giữa nhu cầu sử dụng năng lượng tái tạo hiện tại của các thành phố và công ty tư nhân - hàng triệu tấm pin được lắp đặt trên toàn cầu mỗi năm - và sự thiếu thốn các cơ sở có thể xử lý vật liệu này một cách an toàn khi nó hết thời hạn sử dụng, trong khoảng 25 đến 30 năm.

Công suất năng lượng mặt trời trên tất cả các phân khúc ở Mỹ dự kiến ​​sẽ tăng trung bình 21% mỗi năm từ năm 2023 đến năm 2027, theo báo cáo hằng quý mới nhất từ ​​Hiệp hội Công nghiệp Năng lượng Mặt trời (SEIA) và công ty tư vấn Wood Mackenzie. Bên cạnh các hỗ trợ khác cho năng lượng tái tạo, chính phủ cũng trợ giá cho việc lắp đặt năng lượng mặt trời trong khu dân cư.

Theo ước tính của NREL, diện tích các tấm pin năng lượng mặt trời đã được lắp đặt ở Hoa Kỳ vào năm 2021 và sẽ ngừng hoạt động vào năm 2030 đủ để bao phủ khoảng 3.000 sân bóng đá của Mỹ. “Nhưng tỷ lệ tái chế chỉ ở mức dưới 10%, thua xa so với những dự báo lạc quan về sự tăng trưởng trong việc lắp đặt pin năng lượng”, Taylor Curtis, một nhà phân tích pháp lý nhận định.

Jesse Simons, nhà đồng sáng lập SolarCycle, đã tuyển dụng khoảng 30 người và bắt đầu cho công ty đi vào hoạt động vào tháng 12 năm ngoái. Ông cho biết các bãi chôn lấp chất thải rắn thường tính phí từ 1 đến 2 USD cho một tấm pin mặt trời, tăng lên khoảng 5 USD nếu vật liệu được coi là chất thải nguy hại. Ngược lại, công ty của ông tính phí 18 USD cho mỗi tấm pin. Khách hàng thường sẵn sàng trả mức giá đó vì họ không tìm ra bãi chôn lấp được cấp phép tiếp nhận chất thải nguy hại và chịu trách nhiệm pháp lý về chất thải, đồng thời vì họ muốn giảm thiểu tác động môi trường của các tấm pin cũ.

SolarCycle gửi cho khách hàng của mình một bản phân tích môi trường cho thấy những lợi ích của việc tái chế tấm pin. Ví dụ, tái chế nhôm sử dụng năng lượng ít hơn 95% so với sản xuất nhôm nguyên chất. Công ty ước tính rằng việc tái chế mỗi tấm pin sẽ giúp giảm thiểu 97 pound CO2; con số này sẽ lên đến hơn 1,5 tấn CO2 nếu một tấm pin được tái sử dụng.

Công ty hiện đang bán nhôm tách ra từ các tấm pin năng lượng mặt trời tại một bãi kim loại gần đó. Thủy tinh được bán với giá chỉ vài xu mỗi tấm để tái sử dụng cho các sản phẩm cơ bản như chai lọ, nhưng Simons hy vọng thời gian tới ông sẽ có đủ thủy tinh để bán với giá cao hơn cho một đơn vị sản xuất tấm pin mới.

SolarCycle là một trong năm doanh nghiệp duy nhất ở Hoa Kỳ được SEIA công nhận có khả năng cung cấp dịch vụ tái chế. Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA), ngành công nghiệp này vẫn còn ở giai đoạn sơ khởi và vẫn đang tìm cách kiếm tiền từ việc thu hồi và sau đó bán các thành phần của tấm pin. “Quy trình tái chế đang diễn ra tại Hoa Kỳ, nhưng không phải trên quy mô lớn”, EPA phân tích.

Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế (IRENA) dự báo rằng vào đầu những năm 2030, số lượng tấm pin năng lượng mặt trời ngừng hoạt động trên toàn cầu sẽ bằng khoảng 4% số lượng tấm pin được lắp đặt. Đến những năm 2050, khối lượng chất thải của tấm pin mặt trời sẽ tăng lên ít nhất 5 triệu tấn mỗi năm. Trung Quốc, nhà sản xuất pin năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới, dự kiến ​​sẽ sản xuất tổng cộng ít nhất 13,5 triệu tấn tấm pin vào năm 2050.

Báo cáo cũng cho thấy phần nguyên liệu thô thu được từ các tấm pin mặt trời trên toàn cầu có thể trị giá tổng cộng 450 triệu USD vào năm 2030, tương đương với chi phí nguyên liệu thô cần thiết để sản xuất khoảng 60 triệu tấm pin mới, tương đương 18 gigawatt điện. Báo cáo cho biết đến năm 2050, con số này có thể vượt quá 15 tỷ USD.

Tuy nhiên, không phải mọi việc đều thuận buồm xuôi gió. Hiện tại, các đơn vị tái chế năng lượng mặt trời phải đối mặt với những thách thức lớn về kinh tế, công nghệ và quy định. Curtis của NREL đề cập đến tình trạng thiếu dữ liệu về tỷ lệ tái chế tấm pin, điều này cản trở tiến trình vận động chính sách nhằm khuyến khích các cơ sở trang trại điện mặt trời tái chế các tấm pin hết hạn sử dụng thay vì vứt bỏ chúng.

Một vấn đề khác là Quy trình lọc độc tính - một phương pháp được EPA phê chuẩn để xác định xem một sản phẩm hoặc vật liệu có chứa các nguyên tố nguy hiểm có thể ngấm vào môi trường hay không - được đánh giá là không hiệu quả. Do đó, một số chủ sở hữu trang trại điện mặt trời đã lo lắng thái quá, vội vàng đánh giá các tấm pin của họ là vật liệu nguy hiểm. Cuối cùng, họ phải trả nhiều tiền hơn để xử lý hoặc tái chế chúng.

NREL hiện đang nghiên cứu một quy trình thay thế để xác định xem các tấm pin có nguy hiểm hay không. “Việc này rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đến trách nhiệm pháp lý và chi phí để giúp ngành công nghiệp tái chế trở nên cạnh tranh hơn”, Curtis nói.

Bất chấp những khó khăn trên, bốn tiểu bang gần đây đã ban hành luật giải quyết vấn đề tái chế mô-đun tấm pin năng lượng. California, nơi có nhiều hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời nhất, cho phép chở các tấm pin vào bãi chôn lấp, nhưng chỉ sau khi một phòng thí nghiệm xác nhận chúng không nguy hiểm, chi phí có thể lên tới 1.500 USD. Kể từ tháng 7/2022, California chỉ có một nhà máy tái chế chấp nhận các tấm pin mặt trời.

Tại tiểu bang Washington, một đạo luật sẽ được ban hành vào tháng 7/2025 nhằm đưa ra phương thức tái chế các tấm pin năng lượng mặt trời. Các quan chức của New Jersey dự kiến ​​​​sẽ đưa ra một báo cáo về quản lý chất thải từ tấm pin năng lượng trong thời gian tới, và chính quyền Bắc Carolina đã chỉ đạo các quan chức môi trường của bang nghiên cứu việc ngừng hoạt động các dự án năng lượng mặt trời quy mô lớn. (Bắc Carolina hiện yêu cầu các tấm pin mặt trời phải được xử lý như chất thải nguy hại nếu chúng chứa các kim loại nặng như bạc hoặc - trong trường hợp các tấm pin cũ hơn - crom hóa trị sáu, chì, cadmium và asen.)

Tại Liên minh châu Âu, kể từ năm 2012, các tấm pin quang điện đã hết tuổi thọ được coi là chất thải điện tử theo chỉ thị về chất thải điện và thiết bị điện tử của EU. “Chỉ thị yêu cầu tất cả các quốc gia thành viên tuân thủ những tiêu chuẩn tối thiểu, nhưng tỷ lệ tái chế rác thải điện tử thực tế lại khác nhau giữa các quốc gia”, Marius Mordal Bakke, nhà phân tích cao cấp về năng lượng mặt trời tại Rystad Energy, cho biết. Bất chấp luật này, tỷ lệ tái chế tấm pin của EU không cao hơn tỷ lệ của Hoa Kỳ - khoảng 10% - phần lớn là do khó khăn trong việc trích xuất các vật liệu có giá trị từ các tấm pin.

Nhưng ông dự đoán rằng việc tái chế sẽ trở nên phổ biến hơn khi số lượng tấm pin hết hạn sử dụng tăng lên đến mức tạo ra cơ hội kinh doanh sinh lời. Theo ông, chính phủ các nước có thể giúp đẩy nhanh quá trình chuyển đổi bằng cách cấm vứt bỏ các tấm pin năng lượng mặt trời tại các bãi chôn lấp và đưa ra những ưu đãi như giảm thuế cho bất kỳ ai sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời.

“Rồi sẽ có ngày các tấm pin quá hạn nhiều đến mức chúng ta buộc phải tái chế”, Bakke dự đoán. “Và công việc kinh doanh này sẽ sinh lãi, bất kể giá cả nguyên liệu thô bên trong tấm pin là bao nhiêu”.

Theo Wired