Tỷ lệ tái chế mô- đun quang điện có thể lên đến 99%
Trong những năm gần đây, tái chế quang điện (PV – photovoltaic) đã phát triển thành một lĩnh vực mới trong ngành công nghiệp PV. Và nó rất cần thiết, vì theo một nghiên cứu của Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế (IRENA – International Renewable Energy Agency), chỉ riêng tại CHLB Đức, việc tháo dỡ các mô-đun PV đã qua sử dụng sẽ tạo ra từ 400.000 đến 1 triệu tấn chất thải vào năm 2030. Để ngành công nghiệp PV hoàn toàn bền vững, sản xuất PV phải trở thành một phần của nền kinh tế tuần hoàn.
Có một số phương pháp đầy hứa hẹn đang nổi lên và một số dự án ban đầu chứng minh rằng tái chế PV có lợi nhuận. Tuy nhiên, các quy trình quản lý cuối vòng đời (EOL – end-of-life) cần được chuẩn hóa để tăng tỷ lệ tái chế.
Dòng chất thải quang điện: trách nhiệm của ngành
Sự bùng nổ năng lượng mặt trời đầu tiên ở CHLB Đức là vào năm 2007. Gần 20 năm sau, ngành công nghiệp phải tìm ra giải pháp cho câu hỏi phải làm gì với các mô-đun đã qua sử dụng khi các công viên năng lượng mặt trời bị tháo dỡ vào cuối vòng đời sử dụng của chúng. Tuổi thọ thông thường của một mô-đun năng lượng mặt trời là 20 đến 30 năm. Hiện tại, lượng chất thải PV chưa nhiều, nhưng nó sẽ tăng mạnh. Đến năm 2050, dự kiến sẽ có 78 triệu tấn mô-đun PV lỗi thời trên khắp thế giới. Theo Cơ quan Thống kê Châu Âu EUROSTAT, vào năm 2021, châu Âu đã tạo ra 30 tấn chất thải điện từ các mô-đun đã qua sử dụng.
Tái chế quang điện: Những vật liệu nào đang được thu hồi?
Khi nói đến các tế bào quang điện silicon tiêu chuẩn, công nghệ mới nhất có thể thu hồi thủy tinh, silicon, bạc, đồng, nhựa và nhôm. Các mô-đun màng mỏng chứa indium, gali, tellurium, thủy tinh và đồng, tất cả đều có thể được tái chế. Có một số lý do tại sao việc thu hồi nguyên liệu thô và tái tích hợp chúng vào chu trình vật liệu là chìa khóa. Bạc chiếm 10% chi phí sản xuất của một mô-đun PV và khoảng 30% nhu cầu công nghiệp về bạc đã đến từ ngành công nghiệp năng lượng mặt trời. Việc thu hồi nguyên liệu thô có giá trị giúp sản xuất có lợi nhuận hơn, tiết kiệm tài nguyên và cho phép mở rộng nhanh chóng năng lượng mặt trời. Nền kinh tế tuần hoàn là điều cần thiết để thiết lập năng lượng mặt trời như một công nghệ sản xuất năng lượng bền vững. Tái chế cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa việc xử lý không đúng cách chất thải có chứa các chất nguy hại như cadmium, asen, chì, antimon và fluoropolymer.
Tái sử dụng vật liệu trong ngành công nghiệp quang điện
Câu hỏi được đặt ra: Vật liệu thu hồi có thể tái sử dụng trong quá trình sản xuất các mô-đun PV mới hay không? Hiện tại, thủy tinh, chiếm 70 đến 75% mô-đun PV tiêu chuẩn, không thể tái chế với mức độ tinh khiết cần thiết để tái sử dụng làm thủy tinh PV. Đó là lý do tại sao, ít nhất là ở châu Âu, việc tái sử dụng thủy tinh trong các ngành công nghiệp khác có ý nghĩa hơn nhiều. Hơn nữa, việc vận chuyển vật liệu tái chế đến Trung Quốc, nơi diễn ra hầu hết hoạt động sản xuất PV trên thế giới, sẽ không có ý nghĩa về mặt tài chính cũng như sinh thái.
Châu Âu: Quy định tái chế quang điện
Từ năm 2012, chất thải PV phải tuân theo Chỉ thị về Chất thải Thiết bị Điện và Điện tử (WEEE – Waste Electrical and Electronic Equipment). Các mô-đun năng lượng mặt trời phải được xử lý – và tái chế – giống như bất kỳ chất thải điện nào khác. Liên minh châu Âu hiện yêu cầu tỷ lệ thu gom PV là 85% và 80% phải được đưa trở lại chu trình vật liệu. Tiêu chuẩn Trách nhiệm mở rộng của nhà sản xuất EU (EU Extended Producer Responsibility) mở rộng trách nhiệm của nhà sản xuất đối với một sản phẩm để tuân thủ tỷ lệ tái sử dụng và thu hồi. Tuy nhiên, quy tắc này chỉ áp dụng cho các mô-đun được đưa ra thị trường từ năm 2015.
Quy trình tái chế nào đang chiếm ưu thế trên thị trường?
Có nhiều quy trình tái chế khác nhau cho PV: cơ học, nhiệt và hóa học hoặc kết hợp cả hai. Quy trình cơ học vẫn là tiêu chuẩn: Các mô-đun được cắt nhỏ, sau đó vật liệu được tách và phân loại. Sự kết hợp giữa quy trình cơ học và hóa học sử dụng dung dịch hóa học sau khi cắt nhỏ để hòa tan và chiết xuất càng nhiều vật liệu càng tốt. Các giải pháp nhiệt sáng tạo cố gắng giảm nhu cầu sử dụng các phương pháp hóa học để cải thiện tính bền vững và tăng tỷ lệ thu hồi bằng cách giảm việc cắt nhỏ. Các phương pháp này sử dụng xung ánh sáng, tia laser, tia nước áp suất cao, đèn hồng ngoại hoặc công nghệ “hot knife” để tách tấm nền khỏi mô-đun. Nhiệt phân sử dụng kết hợp các phương pháp cơ học, hóa học và nhiệt.
Các nhà máy tái chế quang điện ở châu Âu: các công ty khởi nghiệp và các đơn vị tham gia trong ngành
Reiling PV-Recycling là công ty con của tập đoàn Reiling, một công ty tái chế thủy tinh lâu đời của CHLB Đức. Vào năm 2024, họ dự kiến sẽ tái chế 10.000 tấn mô-đun đã qua sử dụng. Cơ sở mới của công ty tại thành phố Münster (bang Nordrhein-Westfalen, CHLB Đức), dành riêng cho việc tái chế PV và có thể xử lý tới 50.000 tấn mỗi năm. Công ty Reiling PV-Recycling sử dụng quy trình cơ học truyền thống để đạt được năng suất tối đa. Ngoài quy trình cơ học, công ty gần đây đã đạt được tiến bộ trong việc thu hồi silicon.
Năm 2023, công ty Rosi đã mở một nhà máy với công suất hàng năm là 3.000 tấn tại thành phố Grenoble, phía đông nam nước Pháp. Đây là một dự án tiên phong quy mô công nghiệp, thu hồi khoảng 99% nguyên liệu thô trong khi vẫn duy trì lợi nhuận. Doanh thu hàng năm của công ty Rosi là khoảng 8 triệu euro. Các phương pháp được sử dụng là nhiệt phân và kết hợp các quy trình cơ học, nhiệt và hóa học. Một địa điểm khác tại vùng Elsnig, bang Saxony, CHLB Đức, với công suất ban đầu hàng năm là 10.000 tấn dự kiến sẽ mở cửa vào năm 2025. Công ty cũng đang chuẩn bị mở một địa điểm khác tại vùng Teruel, phía đông Tây Ban Nha.
Một trong số nhiều nhà máy tái chế toàn cầu của First Solar, một công ty năng lượng mặt trời lớn của Mỹ, tọa lạc tại thành phố Frankfurt (Oder), CHLB Đức. Nhà máy này tập trung vào việc tái chế các mô-đun màng mỏng và đã thành công trong việc lấp đầy một thị trường ngách. Nhà máy First Solar tại thành phố Frankfurt đã tái chế 10.000 tấn mô-đun vào năm 2022. Quy trình này sử dụng kết hợp các phương pháp cơ học và hóa học, theo nhà điều hành, cho phép thu hồi 90% vật liệu.
Công ty Flaxres từ thành phố Dresden của CHLB Đức là một trong những công ty khởi nghiệp sáng tạo nhất trong lĩnh vực tái chế PV. Quy trình của họ thông qua việc chiếu một xung ánh sáng cường độ cao, rất ngắn vào mô-đun để tách lớp vật liệu (ủ đèn flash). Công nghệ tái chế này cũng được ứng dụng cho lĩnh vực điện thoại di động. Được chế tạo trong các container ở nước ngoài, nó có thể được vận chuyển đến địa điểm tháo dỡ để tái chế tại chỗ, tránh việc vận chuyển tốn kém các mô-đun đã qua sử dụng. Thiết bị có thể được thuê theo tháng và công nghệ này cũng phù hợp để tái chế các mô-đun màng mỏng. Năm đơn vị tái chế đầu tiên đã được giới thiệu trong năm 2024.
Solar Materials, một công ty khởi nghiệp từ vùng Magdeburg, CHLB Đức, tuyên bố đạt được tỷ lệ thu hồi là 98%. Nhà máy thí điểm có công suất hàng năm là 3.000 tấn và sử dụng quy trình nhiệt cơ. Công ty có kế hoạch xây dựng nhà máy riêng, sẽ tăng sản lượng lên 10.000 tấn vào mùa hè năm 2025.
Những thách thức của việc tái chế quang điện
Các công ty khởi nghiệp và nhà sản xuất PV đã phát triển một số giải pháp sáng tạo dựa trên nhu cầu. Việc vận hành một nhà máy tái chế PV theo cách có lợi nhuận cho đến nay vẫn còn khó khăn, phần lớn là do khối lượng vật liệu có thể tái chế thấp. Tuy nhiên, việc tạo ra năng lực tái chế PV trong khi vẫn duy trì chất lượng cao và tối đa hóa khối lượng vật liệu thu hồi vẫn là một vấn đề.
Theo một nghiên cứu của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA – International Energy Agency), CHLB Đức vẫn có thể cải thiện việc phân loại và phối hợp tại các nhà máy thu gom công cộng. Một phần lớn chi phí tái chế là do chi phí vận chuyển có thể tránh được khi đưa các mô-đun từ điểm thu gom đến nhà máy xử lý phù hợp. Nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng nhiều mô-đun vẫn đang hoạt động bị hư hỏng trong quá trình xử lý, làm giảm khả năng tái sử dụng của chúng. Vấn đề này có thể được giải quyết thông qua đào tạo nhân viên. Các đại diện của ngành đồng ý rằng chúng ta sẽ cần một hệ thống kỹ thuật số để ghi lại và giám sát các luồng chất thải PV nhằm ngăn chặn các mô-đun được vận chuyển đến các nước thứ ba cho mục đích thương mại không kiểm soát.
Một trong những vấn đề đối với công nghệ tái chế là các nhà sản xuất tập trung vào tuổi thọ lâu dài – điều này khiến các mô-đun khó tái chế hơn. Chỉ thị thiết kế sinh thái mới của liên minh châu Âu có thể mang lại một số cải tiến bằng cách yêu cầu khả năng tái chế tốt hơn.
Để xem các tin bài khác về “Tái chế”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Intersolar
