Pin năng lượng mặt trời ‘hết hạn sử dụng’ và phương án giải quyết

Sự thật đằng sau năng lượng tái tạo

I. Mở đầu

Hiện nay, năng lượng tái tạo đóng một vai trò quan trọng trong việc bổ sung và đáp ứng một phần đáng kể nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của con người. Đây là một nguồn tài nguyên dồi dào, có sẵn trong tự nhiên và tồn tại dưới nhiều dạng phổ biến. Trong đó, năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng gần như vô hạn có thể được khai thác tại phần lớn khu vực trên thế giới, đang nổi lên như một sự lựa chọn bổ sung lý tưởng cho các nguồn năng lượng truyền thống khác.

Hình 1. Quy mô lắp đặt điện mặt trời của 10 nước dẫn đầu thế giới - 2017. [1]

Theo đánh giá của Viện Năng lượng - Bộ Công Thương, tiềm năng kỹ thuật điện mặt trời tại Việt Nam khoảng 1.677,5GW. Theo kịch bản kinh tế phát triển cao, đến năm 2030 cần có tổng cộng 385,8 GW điện mặt trời được đưa vào vận hành để phục vụ phát triển kinh tế.

Theo đánh giá của World Bank, tiềm năng điện mặt trời mái nhà tại TP.HCM là 6,3GW, Đà Nẵng là 1,1GW [2].

Với tiềm năng lớn như vậy, một số thông tin, ý kiến tiêu cực, không đúng bản chất có thể cản trở đến việc phát triển điện mặt trời ở Việt Nam.

Nhiều ý kiến cho rằng, pin năng lượng mặt trời hết hạn sử dụng sẽ trở thành chất thải nguy hại cho môi trường và cần được xử lý. Vậy tại sao Pin năng lượng mặt trời hết hạn sử dụng được xem là chất thải nguy hại?

Với đời sống kinh tế của các dự án điện mặt trời là 25 năm, câu hỏi đặt ra là phải làm gì để xử lý một số lượng lớn pin năng lượng mặt trời sau khi đời sống dự án kết thúc?

Bài viết này nhằm mục đích cung cấp thông tin cho người đọc để hiểu và nhìn nhận PIN MẶT TRỜI khi xem xét là chất thải (do hết hạn sử dụng, hay do hỏng hóc) một cách đúng đắn hơn. (Bài viết này không nhằm mục đích đưa ra giải pháp xử lý các tấm pin mặt trời hết hạn sử dụng).

II. Tại sao pin năng lượng mặt trời hết hạn sử dụng là chất thải thải nguy hại? Có nhầm lẫn chăng khi nói rằng pin năng lượng mặt trời hết hạn sử dụng là chất thải thải nguy hại?

Để trả lời các câu hỏi này, trước hết, ta cần xem xét thành phần chủ yếu cấu thành tấm pin năng lượng mặt trời là gồm những vật liệu gì?

a. Thành phần cấu tạo các tấm pin năng lượng mặt trời:

Pin năng lượng mặt trời, hay pin mặt trời hay pin quang điện (Solar panel/module) bao gồm nhiều tế bào quang điện (solar cell) - là phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện.

Ngày nay, vật liệu chủ yếu chế tạo tế bào quang điện (solar cell) là silic dạng tinh thể (đơn tinh thể, đa tinh thể) hoặc màng silic mỏng.

Hình 2. Tế bào quang điện (solar cell).

Tế bào quang điện (solar cell) được ghép lại thành khối để trở thành pin năng lượng mặt trời (solar panel). Thông thường 60, hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm pin năng lượng mặt trời.

Hình 3. Pin mặt trời (solar panel).

Những vật liệu chính được sử dụng làm pin mặt trời (solar panel):

Hình 4. Cấu tạo pin năng lượng mặt trời.

Khung (Frame): Khung được làm bằng nhôm.

Kính (Glass): Kính loại cường lực/an toàn.

Phim EVA (Encapsulant) là lớp phim mỏng giúp liên kết vững chắc giữa tế bào quang điện (solar cell) và kính cường lực/lớp phủ polymer (backsheet) nhằm bảo vệ chống va đập và nâng cao tuổi thọ các tế bào quang điện (solar cell). EVA là loại vật liệu polymer (Ethylene Vinyl Acetate Copolymer) kết hợp giữa Ethylene và Acetate và được sản xuất qua phản ứng trùng hợp dưới áp suất rất cao, được ứng dụng rộng rãi trong ngành may mặc, giày dép, công nghiệp phụ trợ...

Tế bào quang điện (solar cell) là tấm silic dạng tinh thể (đơn tinh thể, đa tinh thể) hoặc màng silic mỏng là yếu tố chính của pin mặt trời.

Lớp phủ polymer (Backsheet) là lớp bảo về mặt dưới của tế bào quang điện (solar cell) tránh bị mài mòn do môi trường. Phần lớn các nhà sản xuất pin mặt trời sử dụng PVF (Polyvinyl fluoride) để làm Backsheet. PVF là một vật liệu polymer chủ yếu được sử dụng trong nội thất máy bay, làm áo mưa... Một số pin cao cấp hơn sử thì lớp “Backsheet” bằng kính cường lực (loại double glass).

Hộp nối điện (Junction box): Vỏ hộp thông thường là loại polymer chịu nhiệt, chịu lửa, chịu thời tiết, chống tia UV gây lão hóa... Các đầu nối trong hộp thường làm bằng đồng thau, phủ bạc, hoặc phủ thiếc.

Hình 5. Hộp nối điện.

Các dây dẫn (Wiring) liên kết giữa các tế bào quang điện (solar cell) và liên kết với hộp nối điện. Các dây dẫn này làm bằng đồng, hoặc bạc.

Trong các thành phần cấu tạo nêu trên, tấm kính cường lực và tế bào quang điện được sản xuất từ cát với thành phần chủ yếu là Oxit Silic (SiO2) là vật liệu để sản xuất các đồ dùng thường thấy trong đời sống hàng ngày như chai lọ thủy tinh đựng thức ăn...

Khối lượng chủ yếu của các tấm pin năng lượng mặt trời là theo thứ tự từ nặng đến nhẹ là (1) Tấm kính cường lực: ~65%; (2) Khung: ~20%; (3) Tế bào quang điện (solar cell): 6% - 8%; (4) các thành phần còn lại. Một tấm pin mặt trời có 72 cell thông thường có khối lượng khoảng 22 - 27 kg, trong đó (1) + (2) + (3) chiếm khoảng 92 - 94% khối lượng toàn bộ tấm pin năng lượng mặt trời.

b. Có nhầm lẫn chăng khi nói rằng: Pin năng lượng mặt trời hết hạn sử dụng là chất thải thải nguy hại?

Có thể nhận thấy rằng: Thành phần cấu tạo chính của pin năng lượng mặt trời không chứa các chất nguy hại. Vậy nguyên do đâu nhiều thông tin lại nói rằng: Pin mặt trời hết hạn sử dụng sẽ trở thành chất thải nguy hại và cần có biện pháp xử lý?

Có lẽ nhận định chưa chính xác này xuất phát từ tên gọi của điện năng lượng mặt trời là “PIN” trong tiếng Việt, hoặc cấu tạo của nó có từ “CELL” trong tiếng Anh.

Khi nói đến từ “PIN” (được Việt hóa từ tiếng Pháp “PILE”) người ta liên tưởng ngay đến các loại PIN tích điện thông thường. Từ thời Pháp thuộc, đèn pin, đài (radio) dùng pin là đồ dùng phổ biến của người Pháp, các quý tộc, địa chủ giàu có tại Việt Nam. Người Việt Nam trong những năm ở thế kỷ XX rất thân thuộc với pin nhãn hiệu “Con Ó”, “Con Thỏ”. Ngày nay rất nhiều hãng pin nước ngoài thâm nhập và chiếm phần lớn thị phần pin ở Việt Nam.

Hình 6. Đèn Pin cổ xưa và Pin Con Ó.

Từ “PIN” này trong tiếng Pháp là “PILE”, trong tiếng Anh là “BATTERY”, hay còn gọi là “ACCU” trong tiếng Pháp, hay Việt hóa gọi là “ẮC QUY”.

“BATTERY”, hay “ACCU” là thiết bị tích điện dạng hóa học, khi được nhắc đến thì người ta liên tưởng ngay đến “ẮC QUY” a-xít chì.

“ẮC QUY” a-xít chì là loại thiết bị tích điện được sử dụng phổ biến từ hàng trăm năm nay (được phát minh bởi nhà vật lý người Pháp Gaston Planté's từ năm 1859 [3]).

Tất cả các PIN cho mục đích sử dụng tích điện tương tự như đèn pin hay ắc quy khi thải ra đều được xem xét là chất thải nguy hại do đó cần phải được thu hồi để xử lý.

Vì vậy, khi nhắc đến PIN người ta liên tưởng ngay đến chất thải nguy hại, do đó PIN mặt trời trở thành nạn nhân của việc đặt tên này (“PIN MẶT TRỜI”).

Vậy tại sao lại đặt tên là “PIN MẶT TRỜI” mà không dùng tên khác không có từ “PIN”? Tên “PIN MẶT TRỜI” xuất phát từ đâu?

Câu hỏi này thực sự khó trả lời, nhưng theo ý kiến của tác giả thì có lẽ xuất phát từ từ “CELL”.

Trong đời sống hàng ngày hiện nay, khi ta mua/thay pin cho máy tính xách tay, cho một số dòng điện thoại di động... ta hay thường hỏi “Cục pin này có bao nhiêu cell?”, “4 cell hay 6 cell vậy?”... Đây là một thuật ngữ chuyên môn để nói lên dung lượng của Pin một cách đơn giản.

Hình 7. Một loại pin máy tính xách tay có 6 Cell.

Tính tương đồng của hệ thống “PIN MẶT TRỜI” và “PIN TÍCH ĐIỆN” như sau:

Cấu tạo của các bộ ắc quy cũng xuất phát từ các CELL có điện áp vài volt >> các CELL ghép lại với nhau thành MODULE >> các MODULE liên kết với nhau thành RACK >> và cuối cùng sẽ trở thành HỆ THỐNG (SYSTEM) tích điện.

Hình 8. Cấu thành hệ thống pin tích điện.

Đối với “PIN MẶT TRỜI” cũng tương tự, từ các tế bào quan điện là CELL >> liên kết với nhau thành MODULE/PANEL >> các MODULE liên kết với nhau thành ARRAY/TABLE >> và cuối cùng sẽ trở thành HỆ THỐNG (SYSTEM) năng lượng mặt trời.

Hình 9. Cấu thành hệ thống pin năng lượng mặt trời PV.

Vì vậy, có lẽ việc đặt tên có từ “PIN” cho hệ thống điện năng lượng mặt trời xuất phát từ tính tương đồng này.

Nghiên cứu, nhận định của các nước trên thế giới và giải pháp xử lý vấn đề chất thải pin mặt trời hết hạn sử dụng

Như vậy, theo ý kiến đánh giá của tác giả bài viết này thì “PIN MẶT TRỜI” không phải là chất thải nguy hại và bị nhầm lẫn do đặt tên. Vậy, câu hỏi đặt ra là các nước trên thế giới nhìn nhận việc này như thế nào?

Tác giả đã tìm hiểu về vấn đề này và xin được cung cấp cho người đọc một số thông tin tham khảo từ các khảo sát, nghiên cứu của các tổ chức uy tín trên thế giới như ở dưới đây.

Liên quan đến việc xử lý pin mặt trời PV, có thể tham khảo các bài viết và một số thông tin đánh giá:

1/ Theo SolarTech (USA) [4]:

- Tuổi thọ các panel PV kéo dài 20 - 30 năm, có những panel pin mặt trời từ những năm 1970, 1980 hiện vẫn còn đang được sử dụng.

- Nhiều cơ quan kiểm soát ở các bang và liên bang Mỹ đã cho tiến hành thí nghiệm để kiểm tra tính nguy hại đến môi trường, nhưng phần lớn các sản phẩm đều vượt qua các test này và các cơ quan này không đưa pin mặt trời PV vào diện kiểm soát chất thải nguy hại.

- Biện pháp đối với panel hết hạn: Có nhiều biện pháp khác nhau, nhưng chung quy lại là tách các thành phần vật liệu cấu tạo nên panel (kính, cell, kim loại, plastic/polymer) để tái sử dụng, như các tấm thủy tinh thì làm chai lọ, các cell thì được xử lý hóa học để các nhà máy tái sử dụng sản xuất các cell cho panel mới có hiệu suất/hiệu quả cao hơn...

Tóm lại, theo SolarTech thì ở Mỹ, đối với các panel mặt trời không sử dụng nữa (do hết hạn, hỏng hóc...) không được xem là chất thải nguy hại mà là tài nguyên để làm vật liệu đầu vào để sản xuất pin mặt trời mới, hoặc cho các mục đích khác.

2/ Theo tổ chức IEA Photovoltaic Power Systems Programme - IEA PVPS (Thụy Sỹ): Tổ chức này đã khảo sát, nghiên cứu về việc xử lý pin mặt trời đã hết hạn sử dụng từ rất lâu và ở nhiều nước. Theo tài liệu công bố [5] của tổ chức này, thì phản ứng, đánh giá ở các nước như sau:

- EU: Đã có quy định tỷ lệ tái chế, tái sử dụng pin mặt trời tại EU là 85%/80%.

- Mỹ: Hiện không có luật lệ nào quy định về việc quản lý panel PV hết hạn sử dụng (No federal regulations currently exist in the United States regarding the collection and recycling of endof-life PV modules; therefore, the country’s general waste regulations apply).

- Nhật Bản: Không có quy định cụ thể về việc xử lý các pin mặt trời hết hạn sử dụng, các panel nếu phải thải bỏ (nếu không còn được sử dụng) thì được xử lý như chất thải rắn thông thường (không phải nguy hại). Tại Nhật Bản các panel này cũng được tái chế để sử dụng.

- Trung Quốc, Hàn Quốc: Cũng có đánh giá tương tự như trên.

Tuổi thọ các panel PV kéo dài đến 30 năm và phần lớn vẫn tiếp tục vận hành. Tất cả các vật liệu hình thành nên panel mặt trời đều được thu hồi và tái sử dụng. Các vật liệu đều được xem là tài nguyên, không phải chất thải nguy hại.

Tài liệu của IEA PVPS cũng cung cấp các thông tin các công nghệ xử lý để tái chế, tái sử dụng ở các nước cho các loại PV khác nhau. Các nước cũng đã và đang nghiên cứu các công nghệ để việc tái chế một cách có hiệu quả, chi phí thấp, rút ngắn thời gian tái chế...

III. Ý kiến của tác giả bài viết

Từ những phân tích và tìm hiểu như trên, tác giả có thể nhận định và đề xuất như sau:

Thứ nhất: Có sự nhầm lẫn vì đặt tên cho điện năng lượng mặt trời là “PIN” nên dẫn đến các thông tin trái chiều cho rằng “PIN MẶT TRỜI” là chất thải nguy hại.

Thứ hai: Pin mặt trời hết hạn sử dụng sẽ không phải là chất thải nguy hại mà là nguồn tài nguyên để tái sử dụng cho mục đích sản xuất pin mặt trời mới có chất lượng cao hơn và giá thành rẻ hơn. Ngoài ra, cũng có thể sử dụng cho mục đích khác.

Thứ ba: Tuổi thọ của pin điện mặt trời rất dài 20 - 30 năm, pin mặt trời từ những năm 1970, 1980 hiện vẫn còn đang được sử dụng. Do đó lượng pin mặt trời trên thế giới cần xử lý khá ít so với quy mô đã được sản xuất và chủ yếu là do khiếm khuyết, hỏng hóc. Ở Việt Nam đến 20 - 30 năm nữa mới là thời điểm bắt đầu xem xét phương án xử lý các tấm pin mặt trời hết hạn sử dụng.

Thứ tư: Việt Nam được đánh giá là nơi có tiềm năng phát triển điện mặt trời có quy mô rất lớn, do đó, cần có thông tin tuyên truyền mạnh mẽ để người dân hiểu đúng bản chất của pin mặt trời và ủng hộ phát triển điện mặt trời tại Việt Nam./.

THS. ĐÀO MINH HIỂN - GIÁM ĐỐC TRUNG TÂM R&D - PECC2

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. REN21. 2018. Renewables 2018 Global Status Report (Paris: REN21 Secretariat). ISBN 978-3-9818911-3-3.

[2]. World Bank: technical assistance, Developing Sustainably Rooftop PV in Vietnam, February 27, 2019

[3]. Bách Khoa Toàn Thư Mở - Wikipedia, Lead–acid battery, Địa chỉ: https://en.wikipedia.org/wiki/Lead%E2%80%93acid_battery

[4]. SolarTech (USA), What to do when your solar panels expire, Địa chỉ: https:/solartechonline.com/blog/solar-panels-expire/

[5]. IEA Photovoltaic Power Systems Programme – IEA PVPS (Thụy Sỹ), End‐of‐Life Management of Photovoltaic Panels: Trends in PV Module Recycling Technologies, Địa chỉ: http://www.iea-pvps.org/index.php?id=4, Report IEA‐PVPS T12‐10:2018