Về mặt lý thuyết, năng lượng mặt trời có vẻ là một giải pháp đầy hứa hẹn: thân thiện với môi trường, cơ động, giá cả ngày càng hợp lý. Nhưng trên thực tế, những tấm pin mặt trời hết hạn sử dụng đang tạo ra lượng rác thải độc hại khổng lồ

Thời của năng lượng mặt trời 

Thống kê năm 2021 của IRENA cho thấy thị phần năng lượng tái tạo trong tổng công suất phát điện mới đã tăng đáng kể trong 2 năm liền. Hơn 80% tổng công suất điện mới bổ sung năm 2020 là năng lượng tái tạo, trong đó năng lượng mặt trời và gió chiếm 91%. Tổng công suất điện mặt trời hiện đã đạt ngang bằng điện gió, nhờ mở rộng mô hình ở châu Á (78 GW). Trong đó, nổi bật là các quốc gia như Trung Quốc (49 GW), Việt Nam (11 GW), Nhật Bản (5 GW), Ấn Độ và Hàn Quốc (4 GW). 

Nhưng vẫn còn một số vấn đề quan trọng về năng lượng mặt trời chưa được giải quyết – đặc biệt là câu hỏi “hoạt động sản xuất điện và rác thải từ năng lượng mặt trời có gây ô nhiễm hơn nhiên liệu hóa thạch hay không?

Mối nguy tiềm ẩn trong pin năng lượng mặt trời

Để sản xuất ra những tấm pin mặt trời, người ta sử dụng một số loại hóa chất độc hại. Tuổi thọ của những tấm pin năng lượng này chỉ khoảng 20 – 30 năm. Như vậy, hàng tấn pin năng lượng mặt trời được lắp đặt vào đầu thế kỷ 21 sắp hoàn thành vòng đời của chúng và trở thành rác thải.

Xử lý các kim loại độc hại bên trong pin mặt trời là nhiệm vụ không hề dễ dàng, nên người ta thường chôn lấp chúng hoặc gửi đến các nước đang phát triển (dưới vỏ bọc tái chế) nhằm tiết kiệm chi phí. Nếu xử lý không đúng cách, các kim loại độc hại này có thể thoát ra môi trường và gây nguy hiểm cho cộng đồng, đặc biệt là khi chúng đi vào nguồn nước ngầm.

Một tấm pin năng lượng mặt trời (solar panel) về cơ bản được được ghép từ nhiều tế bào quang điện (solar cell), kẹp giữa một lớp nhôm và kính. Khi kết hợp với nhau, chúng có thể chuyển đổi quang năng từ ánh nắng thành điện năng. Silicon được sử dụng để sản xuất solar cell phải vô cùng tinh khiết thì các tấm pin mặt trời mới hoạt động hiệu quả. Vì vậy, các nhà sản xuất thường sử dụng nitơ trifluoride và sulfur hexafluoride để làm sạch chúng. Cả hai đều là những loại khí nhà kính độc hại bậc nhất. 

năng lượng mặt trời, rác thải
Pin mặt trời đã qua sử dụng trở thành mối đe dọa cho môi trường.

Bên cạnh đó, để cải thiện hiệu suất cho tấm pin mặt trời, nhà sản xuất còn thêm vào các kim loại như cadmium và chì. Điều này làm cho pin mặt trời càng khó tái chế hơn, vì phải tốn rất nhiều năng lượng để trích xuất các kim loại độc hại đó. Trên thực tế, chi phí tái chế một tấm pin mặt trời còn cao hơn nhiều so với sản xuất mới.

Pin mặt trời đang được tái chế như thế nào?

Hiện nay, hầu hết các nhà máy tái chế năng lượng mặt trời chỉ đơn giản là tách bạc và đồng – những kim loại có giá trị – ra khỏi các tấm pin. Sau đó, họ tái chế kính và vỏ nhựa bằng cách đốt chúng trong lò xi măng. Vì quá trình này khá tốn kém và mất rất nhiều thời gian, nên thông thường, các công ty năng lượng mặt trời sẽ tiến hành chôn lấp hoặc xuất khẩu chúng sang các nước đang phát triển.

Bãi chôn lấp đủ tiêu chuẩn có khả năng chứa hầu hết các chất độc hại phát sinh trong quá trình xử lý. Tuy nhiên, các quốc gia đang phát triển thường không đủ cơ sở hạ tầng hoặc quy định để xử lý đúng cách loại rác thải đặc biệt này. Khi thoát ra ngoài môi trường, những chất độc hại trong tấm pin mặt trời có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng cho sức khỏe cộng đồng – đặc biệt là ở những vùng còn nghèo đói.

Vấn đề này có thể trở nên tồi tệ hơn trong vài thập kỷ tới, khi mô hình năng lượng mặt trời được nhân rộng. Ước tính tới năm 2050, nhân loại sẽ đối mặt với gần 80 triệu tấn chất thải từ năng lượng mặt trời.

Nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng các kim loại nặng có trong tấm pin mặt trời – cụ thể là chì và cadmium – có thể thoát ra và đi vào nguồn nước ngầm, cũng như ảnh hưởng đến hệ động thực vật xung quanh. Chì có khả năng làm suy giảm sự phát triển não bộ ở trẻ em và cadmium là chất gây ung thư hàng đầu.  

Do đó, tái chế pin mặt trời đúng cách là yêu cầu sống còn. 

First Solar, công ty năng lượng mặt trời lớn nhất Hoa Kỳ, có thể chiết xuất 90% vật liệu trong các tấm pin, sau đó tái chế chúng thành pin mặt trời hoặc thiết bị điện tử mới. Veolia, một công ty xử lý chất thải của Pháp, đã mở nhà máy đầu tiên ở châu Âu chỉ chuyên tái chế pin mặt trời. Vấn đề là làm thế nào để thuyết phục các công ty sử dụng phương pháp này, thay vì chọn phương pháp rẻ hơn là ném các tấm pin cũ vào bãi chôn lấp.

Hiện tại, Trung Quốc và Hoa Kỳ sử dụng nhiều pin mặt trời nhất thế giới, nhưng chỉ có Liên minh Châu Âu (EU) bắt buộc các nhà sản xuất phải chịu trách nhiệm về chất thải năng lượng mặt trời của họ. EU yêu cầu các công ty năng lượng mặt trời thu thập và tái chế các tấm pin cũ, chi phí tái chế sẽ được tính vào giá bán. Bằng cách này, tác động đến môi trường của rác thải năng lượng mặt trời được giảm thiểu đáng kể, mà mức giá bán điện cũng chỉ tăng nhẹ.

Thế nhưng, cả Hoa Kỳ và Trung Quốc đều không sẵn sàng áp dụng phương pháp này. Washington là tiểu bang duy nhất tại Mỹ bắt buộc nhà sản xuất phải xử lý các tấm pin năng lượng mặt trời tại các điểm chuyên biệt.

Để năng lượng mặt trời “xanh” hơn

Tái chế bắt buộc không phải là cách duy nhất để làm cho năng lượng mặt trời trở nên “xanh” hơn. Nhiều startup công nghệ đang theo đuổi những cách tiếp cận mới giúp cho quy trình sản xuất sạch và an toàn hơn. Ngoài ra, các nhà khoa học đang tìm kiếm phương pháp mới để tinh chế silicon cho pin mặt trời và đang thử nghiệm sản xuất các tấm pin mặt trời với silicon ít tinh khiết hơn.

Một khám phá khác gần đây trong công nghệ năng lượng mặt trời cho thấy có thể loại bỏ hoàn toàn silicon và thay thế chúng bằng một vật liệu mới thân thiện với môi trường hơn: perovskite. Thay vì tinh thể silicon, tấm pin mặt trời perovskite được làm bằng các tinh thể kim loại, thường là chì. Chế tạo perovskite chì rẻ hơn nhiều so với silicon có độ tinh khiết cao truyền thống, góp phần giảm chi phí tổng thể. Trung Quốc đã bắt đầu sản xuất các tấm pin perovskite này bằng chì từ pin tái chế.

Có rất ít phương pháp tạo ra pin mặt trời từ silicon tinh khiết, nhưng với perovskite thì khác. Quan trọng hơn là, mặc dù dễ chế tạo và thân thiện với môi trường hơn, hiệu quả của các tấm pin mặt trời perovskite cũng ngang ngửa với silicon. Thêm vào đó, các nhà nghiên cứu cũng đã tìm ra giải pháp thay thế chì trong sản xuất. Những kim loại không độc hại như thiếc và germanium có thể được sử dụng thay thế chì trong các tấm pin mặt trời perovskite.

năng lượng mặt trời, xanh
Công nghệ tiên tiến giúp năng lượng mặt trời “xanh” và an toàn hơn.

Năng lượng mặt trời chắc chắn là một phần quan trọng trong tương lai của chúng ta, khi thế giới ngưng sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Việc sản xuất pin mặt trời sẽ tăng lên trong những thập kỷ tới, đi kèm với nó là một lượng lớn chất thải nguy hại.

Vì vậy, chúng ta phải tìm ra cách giải quyết triệt để vấn đề này. Nếu không, đẩy mạnh khai thác năng lượng ánh sáng có thể khiến nhân loại bước chân vào một thời đại còn tăm tối hơn.

Bến Hà

Theo Discover Magazine

 

Có thể bạn quan tâm:

Pin năng lượng có thật sự “sạch”?

Nhà máy thông minh cần giải pháp năng lượng thông minh