Khủng hoảng rác thải từ tấm pin năng lượng mặt trời đã qua sử dụng

Theo quảng cáo của nhiều đơn vị phân phối, việc sử dụng năng lượng mặt trời mang đầy sự hứa hẹn về một tương lai năng lượng sạch và tiết kiệm. Pin mặt trời ngày càng trở nên dễ sản xuất hơn, cùng với đó là ngày càng trở nên nhỏ gọn và dễ di chuyển, lắp đặt cũng như tháo dỡ. Nhưng có một số vấn đề đối với việc sử dụng năng lượng mặt trời hiếm khi được đề cập đến: Liệu hoạt động sản xuất và chất thải từ ngành công nghiệp điện mặt trời có gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng hơn so với việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch không?

Sản xuất tấm pin mặt trời thường yêu cầu sử dụng một số hóa chất độc hại. Thêm vào đó, các tấm pin mặt trời có tuổi thọ hoạt động chỉ từ khoảng 20 đến 30 năm. Kể từ khi chúng được giới thiệu lần đầu tiên vào những năm 2000, hàng triệu tấn tấm pin năng lượng mặt trời đang bên bờ vực bị loại bỏ. Tuy nhiên, hiện không dễ dàng để xử lý đúng cách các kim loại độc hại bên trong pin mặt trời. Vì vậy, chúng thường chỉ được chôn lấp tại các bãi rác tập trung hoặc gửi đến các nước đang phát triển. Đáng quan ngại trong trường hợp các tấm pin bị chôn trong bãi rác, những kim loại độc hại trong đó có thể rò rỉ ra môi trường và gây nguy hiểm cho sức khỏe cộng đồng nếu ngấm vào nguồn nước ngầm.

Một tấm pin mặt trời về cơ bản được tạo thành từ một số tấm tinh thể silicon gọi là tế bào (Cell). Mỗi mảnh vuông trong một tấm pin mặt trời được bao quanh bởi một lớp nhôm và kính – có nhiệm vụ hấp thụ, chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng.

Khi các nguyên tử silicon tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, electron bị đẩy ra và tạo thành tia lửa, giống như phản ứng vật lý xảy ra khi cho kim loại vào lò vi sóng. Các electron này được đưa qua tế bào quang điện thông qua các tạp chất kim loại được thêm vào silicon và các dây đồng.

Phải sử dụng silicon tinh khiết vì cấu trúc tinh thể mà nó tạo thành sẽ tạo điều kiện tốt nhất cho các electron chảy qua. Sản xuất thường sinh ra nitơ trifluoride và lưu huỳnh hexafluoride – những khí cực kỳ có hại, gây hiệu ứng nhà kính.

Thông thường silicon có thể tái chế được, nhưng để cải thiện hiệu suất điện của pin mặt trời, các kim loại như cadmium và chì sẽ được thêm vào. Điều này làm cho pin mặt trời khó tái chế, vì sẽ tốn năng lượng đáng kể để chiết xuất các kim loại nguy hiểm. Trên thực tế, các công ty thường tốn nhiều chi phí hơn để tái chế một tấm pin mặt trời hơn là sản xuất một tấm pin mặt trời.

Vấn đề đối với việc thải bỏ tấm pin mặt trời

Hầu hết các nhà máy tái chế năng lượng mặt trời chỉ đơn giản là loại bỏ bạc và đồng có giá trị khỏi các tế bào quang điện, sau đó tái chế kính và vỏ nhựa bị ô nhiễm bằng cách đốt chúng trong lò xi măng. Vì quá trình này tốn kém cả mặt tài chính và thời gian, nên các công ty năng lượng mặt trời thường sẽ chỉ đưa các tấm pin đã hỏng hoặc hết hạn vào bãi chôn lấp hoặc xuất khẩu chúng sang các nước thuộc thế giới thứ ba.

Để giải quyết vấn đề này, nhiều quốc gia và khu vực đã đưa ra luật và tiêu chuẩn liên quan đến việc thải bỏ các tấm pin mặt trời một cách thích hợp. Ví dụ, chỉ thị về Chất thải Điện và Điện tử (WEEE) của Liên minh Châu Âu đưa ra các hướng dẫn chính xác về việc thu thập, xử lý, tái chế và thu hồi các tấm pin mặt trời .

Trong khi đó, Đạo luật Phục hồi và Bảo tồn Tài nguyên Mỹ (RCRA) quy định việc xử lý và tiêu hủy nhiều chất thải nguy hại, trong đó có một số loại tấm pin mặt trời. Nhiều quốc gia và khu vực yêu cầu tái chế tấm pin mặt trời để đảm bảo xử lý đúng cách, thu hồi các vật liệu có giá trị và giảm thiểu lượng rác thải được đổ vào các bãi chôn lấp. Vì lý do này, những tổ chức lắp đặt và bảo trì hệ thống pin mặt trời phải hiểu rõ trách nhiệm của mình trong việc đảm bảo xử lý phù hợp.

Tuy nhiên, bất chấp các nước đã đưa ra quy định, dữ liệu chỉ ra rằng chưa đến 10% số tấm pin đã ngừng hoạt động ở Mỹ được tái chế . Tương tự như vậy, tỷ lệ tái chế các tấm pin mặt trời ở Liên minh Châu Âu là khoảng 10%, mặc dù luật pháp EU quy định các nhà sản xuất tấm pin mặt trời phải thu hồi tối thiểu 80% khối lượng của mỗi tấm pin. Tệ hơn nữa, các nỗ lực tái chế tấm pin mặt trời vẫn còn ở giai đoạn đầu và có thể tiến triển không đủ nhanh để loại bỏ những thiệt hại đã gây ra.

Do sự hiện diện của các chất có khả năng gây hại cho con người, chẳng hạn như chì và cadmium, việc xử lý thích hợp vẫn rất quan trọng. Nhiều hãng tin về năng lượng tái tạo cảnh báo rằng một số chủ sở hữu có thể loại bỏ các tấm pin mặt trời như rác thải rắn khi chúng không còn hoạt động. Theo ước tính của Cơ quan Năng lượng tái tạo quốc tế (IRENA), thế giới có thể chứa 78 triệu tấn rác chỉ từ các tấm pin mặt trời vào năm 2050 .

Dù thế nào đi nữa, điều quan trọng vẫn là đảm bảo các tấm pin mặt trời được tái chế hoặc lưu trữ thích hợp để tránh chúng bị đưa vào bãi chôn lấp và gây hại lâu dài cho môi trường.

Mối lo ngại về việc thiếu đất cho các dự án năng lượng gió và mặt trời tiếp tục gia tăng khi toàn cầu hướng tới các nguồn năng lượng tái tạo. Một trong những trở ngại lớn nhất đối với việc chấp nhận rộng rãi các công nghệ này là yêu cầu về những vùng đất rộng lớn để triển khai chúng. Mối quan tâm chính là các mục đích sử dụng đất khác, chẳng hạn như nông nghiệp và bảo tồn, có thể phải đối mặt với sự cạnh tranh từ nhu cầu về cho các dự án điện tái tạo.

Tuy nhiên, quá trình tìm kiếm vùng đất thích hợp cho các dự án gió và mặt trời vẫn tiếp tục trên toàn thế giới, đặc biệt khi các quốc gia nỗ lực đạt được các cam kết về khí hậu và loại bỏ dần nhiên liệu hóa thạch. Do đó, các dự án năng lượng tái tạo quy mô lớn có thể gây ra vấn đề về sử dụng đất .

Hơn nữa, sự khan hiếm đất đai thích hợp ở những khu vực dân cư đông đúc vẫn là trở ngại lớn cho sự phát triển rộng rãi năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Tuy nhiên, nhiều người đề xuất năng lượng xanh vẫn tiếp tục nghiên cứu các phương pháp mới nhằm tối đa hóa việc sử dụng nguồn tài nguyên đất khan hiếm cho năng lượng gió và mặt trời cũng như khắc phục những vấn đề này.

Các ví dụ bao gồm việc tạo ra công nghệ tiên tiến như các tấm pin mặt trời nổi và có thể lắp đặt trên các vùng nước hoặc kết hợp các tấm pin mặt trời vào các cấu trúc hiện có như mạng lưới giao thông và tòa nhà. Tương tự, cải tiến thiết kế và lắp đặt tuabin gió nhằm tối đa hóa sản lượng năng lượng đồng thời giảm tác động tiêu cực của chúng đối với việc sử dụng đất.

Khánh Mai (t/h)