Quản lý và tái chế tấm pin mặt trời khi hết hạn sử dụng

20/11/2020   |   Viết bởi : Trần Đình Sính

Trong thời gian gần đây, nhiều người tỏ ra quan ngại về các tấm pin mặt trời sau khi hết hạn sử dụng được thải ra môi trường sẽ gây ô nhiễm trầm trọng cho môi trường. Vậy thì thực tế các tấm pin mặt trời được cấu thành bởi những yếu tố nào? Có chứa những chất độc hại gì? Và chúng gây ô nhiễm cho môi trường như thế nào ?

1. Tấm pin mặt trời có độc hại không ?

Hình vẽ dưới đây là cấu tạo của tấm pin mặt trời. Ngoài khung nhôm và hộp đấu nối, tấm pin mặt trời thường có 5 lớp. Trong số 5 lớp này chỉ có lớp tế bào quang điện (solar cell), dầy khoảng 0,2mm, là có thể chứa những chất có thể gây ra ô nhiễm môi trường còn những lớp khác là những vật liệu thông thường sử dụng hàng ngày, không chứa chất độc hại. Trong một tấm pin năng lượng mặt trời, tấm kính cường lực thường nặng nhất, khoảng 65%; sau đó tới khung khoảng 20%, tế bào quang điện khoảng 6%-8%, cuối cùng là các thành phần còn lại.

Hiện nay trên thế giới sử dụng 2 nhóm tế bào quang điện: Loại tế bào quang điện silic (silicon based solarcell) và tế bào quang điện loại màng mỏng (thin film based solar cell). Loại tế bào quang điện silic gồm có 2 nhánh: loại silic đơn tinh thể (monocristalline gọi tắt là mono và loại silic đa tinh thể (polycrystalline gọi tắt là poly). Hình dưới đây thể hiện hình dáng bề ngoài của 3 loại tấm pin mặt trời đơn tinh thể (monocristalline), đa tinh thể (polycrystalline) và màng mỏng (thin film).

Tế bào quang điện silic hầu như không chứa chất độc hại. Tế bào quang điên loại màng mỏng thường sử dụng một số kim loại nặng và độc như cadmium, selenium, telurium, indium,… Câu hỏi đặt ra rằng khi thải ra môi trường, các chất này phát tán ra môi trường như thế nào và tác động thư thế nào đến môi trường và sức khỏe con người ?

Tấm pin mặt trời có chứa chất độc hại nhưng việc có rò rỉ ra môi trường hay không và rò rỉ bao nhiêu cũng như là nồng độ là bao niêu là câu hỏi cần giải đáp. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (International Energy Agency, IEA) các thí nghiệm thực hiện xác định mức độ rò rỉ các chất từ pin mặt trời ở các nước Mỹ, Đức và Nhật. Tóm tắt thí nghiệm được trình bầy ở bảng dưới đây.

	Hoa Kỳ	Đức	Nhật
Tiêu chuẩn thí nghiệm	US Environment Protection Agency method 1311 (TCLP)	DIN EN German Institute for Standardization standard 12457- 4:01-03	Ministry of Environment Notice 13/JIS K 0102:2013 method (JLT-13)
Kích thước mẫu (xăng ti mét)	1	1	0.5
Dung môi	Natri a xê tát/ axit a xê tích (pH 2.88 đối với chất thải mang tính kiềm; pH 4.93 đối với chất thải từ trung tính đến a xit)	Nước cất	Nước cất
Tỷ lệ giữa chất lỏng và chất rắn trong thí nghiệm (nghĩa là tỷ lệ giữa khối lượng chất lỏng và vật liệu rắn trong thí nghiệm)	20:1	10:1	10:1
Phương pháp thí nghiệm	Kích thích động (30±2) vòng mỗi phút)	Kích thích động (5 vòng mỗi phút)	Kích thích động (200 vòng mỗi phút)
Nhiệt độ thử nghiệm	23±2˚C	20˚C	20˚C
Thời gian thử nghiệm	18±2 giờ	24 giờ	6 giờ

Kết quả xác định được nồng độ đối với cadmium từ không phát hiện ra đến 0,22mg/lít và đối với chì (Pb) từ không phát hiện ra đến 11mg/lít. Kết luận đưa ra là phần lớn các tấm pin mặt trời thải ra thuộc về loại rác thải thông thường (general waste classification).

2. Công nghệ tái chế pin mặt trời khi hết thời hạn sử dụng[1]

Thành phần vật liệu tái chế tấm pin mặt trời được thể hiện ở hình dưới đây. Đối với nhóm silic, phần lớn là kính (76%), sau đó đến nhựa (khoảng 10%), nhôm (8%), nhôm (5%) và khoảng 1% là các kim loại khác

Đối với loại màng mỏng thành phần chủ yếu là kính (89%), sao đó đến nhựa (4%), nhôm (6%) và các kim loại khác khoảng 1%.

Về công nghệ tái chế (hình dưới), loại silic được tháo ra, 95% phần kính và 100% kim loại được tái sử dụng. Phần còn lại được xử lý nhiệt và qua một quá trình xử lý, khoảng 80% module và 85% silicon được tái sử dụng.

Đối với loại màng mỏng, tấm pin được cắt ra. Sau một loạt quá trình xử lý, khoảng 95% chất bán dẫn và 90% kính được tái sử dụng.

3. Quản lý tấm pin mặt trời trên thế giới[2]

Theo IEA, vào năm 2030 công suất điện mặt trời PV vào khoảng 1632GW và đạt đến 4512 GW vào năm 2050 (xem hình dưới). Khối lượng tấm pin mặt trời thải ra vào năm 2030 vào khoảng 8 triệu tấn và vào năm 2050 dự kiến khoảng 78 triệu tấn (hình dưới).

Hiện nay, trọng lượng khoảng gần 6 triệu tấn, tỷ lệ tái chế không đáng kể. Đến 2050 dự kiến khoảng 6,5 triệu tấn/năm, tỷ lệ tái chế khoảng 89%.

IEA cũng dự báo khối lượng tấm pin 5 nước dẫn đầu dự kiến sẽ có 49,3 triệu tấn vào năm 2050, chiếm 85% so với toàn thế giới trong đó Trung Quốc 20 triệu tấn, Mỹ 10 triệu tấn, Nhật 7,5 triệu tấn, Ấn Độ 7,5 triệu tấn và Đức 4,3 triệu tấn.

Trung Quốc là nước dẫn đầu về pin măt trời, dự kiến khối lượng khoảng 20 triệu tấn năm 2050. Cho đến nay Trung Quốc chưa có chính sách đối với tấm pin sau khi sử dụng.

Đứng thứ hai là Mỹ. Dự kiến khối lượng khoảng 10 triệu tấn năm 2050. Cho đến nay Mỹ chưa có chính sách của liên bang về quản lý tấm pin sau khi sử dụng. Riêng bang California đang soạn thảo quy chế dùng trong bang.

Tiếp đến là Nhật Bản. Khối lượng dự kiến khoảng 7,5 triệu tấn năm 2050. Cho đến nay Nhật chưa có chính sách về quản lý tấm pin sau khi sử dụng.

Tiếp đến là Ấn Độ. Dự kiến khối lượng khoảng 7 triệu tấn năm 2050. Cho đến nay Ấn Độ chưa có chính sách về quản lý tấm pin sau khi sử dụng.

Đối với Đức, Khối lượng khoảng 4,4 triệu tấn năm 2050. Đức đã thông qua đạo luật về thiết bị điện và điện tử (Elektroaltgerätegesetz or ElektroG) dựa trên Hướng dẫn về Chất thải Điện và Điện tử của EU (Waste Electrical and Electronic Equipment Directive, WEEE).

Nhà máy tái chế tấm pin mặt trời đầu tiên ở châu Âu của tập đoàn Veolia được xây dựng ở Rousset năm 2018. Công suất tái chế 1.300 tấn/năm vào 2018, bằng toàn bộ số lượng tấm pin thải ra ở Pháp năm 2018. Công suất dự kiến tăng lên 4000 tấn/năm vào 2022. Nhà máy dự kiến tái chế cho khu vưc châu Âu.

4. Quản lý tấm pin mặt trời tại Việt Nam.

Năm 2019, công suất điện mặt trời của Việt Nam vào khoảng 6,74GW. Theo Bản dự thảo Quy hoạch Điện VIII, đến năm 2030, công suất điện mặt trời khoảng 18,89GW và năm 2045 dự kiến khoảng 53GW. Nếu các con số trong dự thảo Quy hoạch điện VIII trở thành thực tế thì khối lượng tích lũy chất thải tấm pin ước tính 404 ngàn tấn vào 2035 và vào khoảng 1,9 triệu tấn vào năm 2045.

Năm	2020	2025	2030	2035	2040	2045
Công suất  điện mặt trời (MW) theo dự thảo QHĐ VIII	6740	12840	18890	27190	38840	53090
Khối lượng thải (ngàn tấn)	0	0	0	404	770	1130
Khối lượng tích lũy (ngàn tấn)	0	0	0	404	1174	1900

Khối lượng chất thải tấm pin mặt trời tại Việt Nam khá nhỏ so với các nước dẫn đầu trên thế giới, ước tính khoảng 1,9 triệu tấn vào năm 2045, bằng khoảng 11% lượng tro xỉ nhiệt điện than ở Việt Nam hiện nay, khoảng 17 triệu tấn. Cho đến nay Việt Nam chưa có cơ chế chính sách gì về chất thải pin mặt trời.

5. Kết luận và khuyến nghị

Cho đến nay, chất thải từ tấm pin mặt trời chưa chứng minh được là độc hại đến môi trường. Các nước dẫn đầu về năng lượng mặt trời hầu như vẫn chưa có cơ chế, chính sách về tái chế trừ một số nước thuộc EU. Việc chậm ban hành các chính sách của các nước trên thế giới có thể do vấn đề rác thải từ tấm pin mặt trời chưa cấp bách.

Đối với Việt Nam, khối lượng chất thải từ tấm pin mặt trời ở Việt Nam khá nhỏ so với các nước dẫn đầu tuy nhiên để đảm bảo phát triển bền vững, Nhà nước cần sớm nghiên cứu để có chính sách cơ chế phù hợp liên quan tới thu nhận và xử lý rác thải từ tấm pin mặt trời. Nhìn ở góc độ kinh tế tuần hoàn thì đây có thể trở thành cơ hội cho Việt Nam phát triển công nghiệp tái chế tấm pin trong tương lai.