Hàng triệu tấm pin mặt trời sẽ hết vòng đời sau 15-20 năm, đặt ra bài toán xử lý khổng lồ. Nhưng nhờ công nghệ tái chế mới, lượng phế liệu này đang được biến thành nguồn silicon, bạc và nhiều kim loại giá trị, với tiềm năng đạt 80 tỷ USD vào năm 2050.

Khi điện mặt trời ngày càng được triển khai rộng rãi, một vấn đề khác cũng dần xuất hiện phía sau những cánh đồng pin quang điện: chuyện gì xảy ra khi chúng hết hạn sử dụng?

Sau khoảng 15-20 năm tạo ra điện, hàng triệu tấm pin sẽ cần được thay thế. Nếu không có giải pháp phù hợp, lượng phế thải khổng lồ này có nguy cơ trở thành gánh nặng xử lý cho ngành năng lượng tái tạo.

Tuy nhiên, thay vì chỉ nhìn những tấm pin cũ như rác thải, ngành công nghiệp đang tìm cách biến chúng thành nguồn nguyên liệu mới. Những vật liệu nằm bên trong các tấm pin, đặc biệt là bạc và silicon, đang trở thành mục tiêu của một cuộc đua công nghệ tái chế.

Từ tấm pin cũ đến nguồn nguyên liệu trị giá hàng chục tỷ USD

Trước đây, việc tái chế tấm pin mặt trời chủ yếu tập trung vào những thành phần dễ thu hồi như khung nhôm và kính. Trong khi đó, bạc và silicon tinh khiết nằm sâu bên trong thường khó tách bằng phương pháp cơ học, còn chi phí thu gom và xử lý khiến việc thu hồi chưa thực sự hấp dẫn về kinh tế.

Những tiến bộ công nghệ gần đây đang thay đổi bài toán này.

Theo Reuters, Tổ chức Nghiên cứu Khoa học Ứng dụng Hà Lan (TNO) đã phát triển quy trình bóc tách bằng laser, cho phép thu hồi tới 97% vật liệu. Silicon sau quá trình xử lý đạt độ tinh khiết 99,998%, trong khi bạc đạt 99,7% - mức có thể đưa trở lại dây chuyền sản xuất mới.

Tại Đại học Newcastle ở Australia, các nhà khoa học lại áp dụng kỹ thuật tuyển nổi vốn quen thuộc trong ngành khai khoáng để thu hồi gần như toàn bộ lượng bạc từ những tấm pin đã qua sử dụng.

06-1791261722-tam-pin-mat-troi-het-han-tu-ganh-nang-rac-thai-thanh-mo-bac-80-ty-usd

Giá trị kinh tế của nguồn nguyên liệu này không hề nhỏ. Rystad Energy ước tính tổng giá trị vật liệu có thể thu hồi từ các tấm pin mặt trời hiện vào khoảng 2 tỷ USD. Đến năm 2050, con số này có thể tăng lên 80 tỷ USD, nhờ số lượng dự án điện mặt trời được triển khai ngày càng lớn và giá kim loại có xu hướng tăng.

Đáng chú ý, nguồn nguyên liệu tái chế này hình thành theo một chu kỳ tương đối rõ ràng. Khoảng 15 năm sau khi được lắp đặt, các tấm pin bắt đầu bước vào giai đoạn hết vòng đời.

Theo Rystad Energy, nếu tái chế những tấm pin được lắp đặt từ năm 2020, nguồn vật liệu thu hồi có thể đáp ứng tới 21% nhu cầu bạc và 8% nhu cầu polysilicon để sản xuất pin mới vào năm 2035.

Điều này mở ra một khả năng mới cho ngành sản xuất: thay vì hoàn toàn phụ thuộc vào nguồn quặng nguyên sinh, doanh nghiệp có thể tính toán nguồn nguyên liệu dựa trên chính những tấm pin từng được đưa vào sử dụng hơn một thập kỷ trước.

Không chỉ quay lại ngành điện mặt trời

Giá trị của tấm pin hết hạn không dừng ở việc tái tạo ra những tấm pin mới. Một hướng đi đáng chú ý khác là đưa silicon thu hồi vào ngành sản xuất pin xe điện.

Theo Hiệp hội Công nghiệp Điện mặt trời châu Âu (SolarPower Europe), dự án nghiên cứu RESiLEX đang phát triển một chu trình tái chế khép kín. Trong đó, nhóm nghiên cứu của Đại học Liège (Bỉ) cùng các đối tác đã biến silicon thu hồi từ tấm quang điện hết hạn thành vật liệu cực dương cho pin lithium-ion.

Vật liệu tổng hợp silicon-carbon này đã được kiểm chứng bởi các viện nghiên cứu như CEA và CSEM, qua đó mở ra khả năng sử dụng silicon tái chế làm nguồn nguyên liệu thứ cấp cho ngành sản xuất xe điện.

Ở một hướng khác, nhóm nghiên cứu do Đại học Khoa học và Công nghệ Na Uy (NTNU) dẫn đầu sử dụng công nghệ phát thải thấp SisAl để tái nấu chảy phế liệu silicon công nghiệp. Quy trình này tạo ra silicon có độ tinh khiết tới 99,999%.

Dự án cũng thử nghiệm công nghệ của CETAQUA nhằm thu hồi đồng, kẽm, niken và coban từ nước thải và chất thải rắn. Phương pháp này vừa có khả năng giảm chi phí, vừa giúp cắt tới 90% lượng nước thải có tính axit.

Những công nghệ trên đang thay đổi cách nhìn về vòng đời của tấm pin mặt trời. Thay vì kết thúc ở bãi xử lý chất thải, một tấm pin cũ có thể trở thành nguồn nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Tái chế từ khâu thiết kế

Một hướng tiếp cận khác đang được theo đuổi là không chờ đến khi tấm pin hết hạn mới nghĩ đến chuyện tái chế. Thay vào đó, việc thiết kế sản phẩm ngay từ đầu cũng được thay đổi để quá trình thu hồi vật liệu sau này trở nên thuận lợi hơn.

Theo SolarPower Europe, Trung tâm Điện tử và Vi kỹ thuật Thụy Sĩ (CSEM) đã phát triển tế bào pin mặt trời dị thể không sử dụng bạc hoặc indi - những kim loại đắt đỏ và ngày càng khan hiếm.

Đáng chú ý, loại pin này vẫn đạt hiệu suất chuyển đổi quang năng 25% dù sử dụng silicon tái chế.

Không chỉ giảm phụ thuộc vào kim loại quý, thiết kế mới còn hướng tới việc loại bỏ các vật liệu khó xử lý. Lớp phủ mặt trước không sử dụng hợp chất flo, màng bọc được làm từ vật liệu sinh học, trong khi lớp bảo vệ mặt sau sử dụng sợi lanh tự nhiên nhưng vẫn đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế.

Cách tiếp cận này cho thấy tái chế đang dần được đưa vào ngay từ khâu thiết kế sản phẩm, thay vì chỉ được xem là công đoạn xử lý sau cùng.

Rác thải năng lượng trở thành nguồn tài nguyên mới

Xu hướng này không chỉ xuất hiện trong ngành điện mặt trời mà đang lan rộng sang toàn bộ lĩnh vực chuyển dịch năng lượng.

Theo dữ liệu từ Reuters, Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) nhận định hoạt động tái chế có thể đáp ứng 20-30% nhu cầu lithium, niken và coban trên toàn cầu vào năm 2050.

Tại châu Âu, giới phân tích dự báo đến năm 2030, nguồn phế liệu tái chế có thể đáp ứng khoảng 25% nhu cầu coban và 15% nhu cầu lithium hoặc niken.

Một số doanh nghiệp đã bắt đầu mở rộng quy mô xử lý. Redwood Materials hiện xử lý hơn 20 GWh pin lithium-ion mỗi năm, đưa hơn 60.000 tấn nguyên liệu quan trọng trở lại thị trường.

Ngay cả những bộ phận vốn được xem là khó tái chế của ngành năng lượng gió, như cánh quạt tua-bin, cũng đang bắt đầu xuất hiện các giải pháp công nghệ mới.

Như vậy, bài toán của năng lượng sạch không còn chỉ nằm ở việc tạo ra điện mà còn ở cách xử lý những vật liệu sau khi chúng hoàn thành vòng đời.

Nếu những công nghệ như bóc tách bằng laser hay tuyển nổi có thể được triển khai rộng rãi trong các nhà máy thương mại, những tấm pin từng bị xem là rác thải sẽ có cơ hội trở thành một nguồn nguyên liệu quan trọng.

Từ đó, thứ từng được coi là điểm kết thúc của một sản phẩm có thể trở thành điểm khởi đầu cho một chuỗi cung ứng mới, biến rác thải năng lượng thành một phần quan trọng của nền kinh tế tuần hoàn.

Bích Ngọc (SHTT)