Tấm pin mặt trời hết hạn sẽ đi đâu, là gánh nặng rác hay “mỏ bạc” tỷ USD?

Khi làn sóng năng lượng tái tạo bùng nổ trên toàn cầu, một câu hỏi lớn luôn khiến giới quan sát và dư luận băn khoăn: Sau 15 hay 20 năm cống hiến dòng điện sạch, hàng triệu tấm pin quang điện (PV) khi "về hưu" sẽ đi đâu? Liệu chúng có trở thành những bãi rác khổng lồ chất đống, gây ô nhiễm đất và nguồn nước?

Tuy nhiên, bức tranh công nghiệp đang rẽ sang một hướng hoàn toàn khác. Thay vì là gánh nặng xử lý chất thải, những tấm pin hết hạn đang dần được nhìn nhận như những "mỏ quặng lộ thiên" trên mái nhà. Ở đó, cuộc đua công nghệ mới đang âm thầm diễn ra nhằm biến phế liệu thành nguyên liệu thô chiến lược cho tương lai.

Từ bãi phế liệu đến mỏ kim loại quý trị giá 80 tỷ USD

Lâu nay, khi một tấm pin mặt trời hết hạn sử dụng, phần lớn các đơn vị xử lý chỉ thu hồi được khung nhôm và kính ngoài bề mặt. Những thành phần đắt giá nhất nằm sâu bên trong như bạc và silicon tinh khiết lại cực kỳ khó bóc tách bằng các phương pháp cơ học thông thường, hoặc chi phí thu gom quá đắt đỏ khiến doanh nghiệp ngậm ngùi bỏ qua.

Thế nhưng, thế bế tắc này đang nhanh chóng bị phá vỡ. Theo hãng tin Reuters, những tiến bộ công nghệ vượt bậc gần đây đang biến hoạt động tái chế tấm pin trở nên hiệu quả và sinh lời rõ rệt.

Điển hình như Tổ chức Nghiên cứu Khoa học Ứng dụng Hà Lan (TNO) đã phát triển thành công quy trình bóc tách bằng tia laser. Phương pháp này đạt tỷ lệ thu hồi lên tới 97%, lấy lại silicon với độ tinh khiết 99,998% và bạc đạt độ tinh khiết 99,7%, đây là mức tiêu chuẩn đủ để đưa thẳng vào dây chuyền sản xuất mới. Tại Đại học Newcastle (Australia), các nhà khoa học cũng ứng dụng kỹ thuật tuyển nổi quen thuộc của ngành mỏ để thu hồi gần như toàn bộ 100% lượng bạc trong các tấm pin cũ.

Con số trên không đơn thuần là thành tích phòng thí nghiệm mà mang ý nghĩa tài chính rất lớn. Theo tính toán của hãng tư vấn năng lượng Rystad Energy, tổng giá trị các vật liệu có thể thu hồi từ tấm pin mặt trời hiện vào khoảng 2 tỷ USD và sẽ nhảy vọt lên mức 80 tỷ USD vào năm 2050. Sự bùng nổ này đến từ khối lượng khổng lồ các dự án điện sạch đã lắp đặt và xu hướng leo thang của giá kim loại.

Đáng chú ý, nguồn cung này có "độ trễ" chu kỳ tự nhiên khoảng 15 năm. Theo Rystad Energy, việc tái chế các tấm pin được lắp đặt từ năm 2020 có thể đáp ứng tới 21% nhu cầu bạc và 8% nhu cầu polysilicon để sản xuất pin mới vào năm 2035. Điều này đồng nghĩa với việc các nhà máy sản xuất không còn phải phụ thuộc hoàn toàn vào quặng thô dưới lòng đất, mà có thể chủ động lập kế hoạch kinh doanh dựa trên lượng pin đã xuất xưởng từ hơn một thập kỷ trước.

Cuộc "tái sinh" ngoạn mục: Tấm pin mặt trời thành ruột pin xe điện

Không dừng lại ở việc làm mới chính nó, vật liệu từ những tấm pin mặt trời cũ còn đang tạo ra một cầu nối bất ngờ sang ngành sản xuất pin xe điện.

Theo thông cáo từ Hiệp hội Công nghiệp Điện mặt trời châu Âu (SolarPower Europe), dự án nghiên cứu quy mô lớn mang tên RESiLEX đang tạo ra một chu trình tuần hoàn khép kín. Nổi bật nhất là việc nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Liège (Bỉ) cùng các đối tác đã thành công trong việc biến đổi silicon thu hồi từ tấm quang điện hết hạn thành vật liệu cực dương (anode) tiên tiến cho pin lithium-ion. Công nghệ vật liệu tổng hợp silicon - carbon này đã được kiểm chứng bởi các viện nghiên cứu lớn như CEA và CSEM, mở ra một nguồn cung thứ cấp quý giá cho các tổ hợp sản xuất xe điện.

Ở một khâu khác, nhóm nghiên cứu do Đại học Khoa học và Công nghệ Na Uy (NTNU) dẫn đầu đã sử dụng công nghệ phát thải thấp SisAl để nấu chảy lại phế liệu silicon công nghiệp, tạo ra silicon đạt độ tinh khiết tới 99,999%. Không những vậy, dự án còn thử nghiệm quy trình của CETAQUA nhằm thu hồi các kim loại công nghiệp như đồng, kẽm, niken và coban từ nước thải và chất thải rắn, vừa giảm chi phí so với phương pháp cũ, vừa giảm tới 90% lượng nước thải có tính axit.

Những nỗ lực này cho thấy rác thải năng lượng mặt trời không còn là điểm kết thúc của một sản phẩm, mà đang trở thành điểm khởi đầu cho một chuỗi cung ứng công nghiệp hoàn toàn mới.

Thiết kế xanh ngay từ gốc rễ và bài toán tự chủ nguyên liệu

Một câu hỏi được đặt ra đó là nếu việc bóc tách pin cũ tốn nhiều công sức, tại sao không thay đổi ngay từ bản vẽ thiết kế đầu tiên? Đó chính là hướng đi mà các nhà phát triển đang hướng tới để khép kín chu trình sinh thái.

Theo SolarPower Europe, Trung tâm Điện tử và Vi kỹ thuật Thụy Sĩ (CSEM) đã chế tạo thành công tế bào pin mặt trời dị thể không cần dùng đến bạc hay indi - hai kim loại đắt đỏ và ngày càng khan hiếm. Đáng kinh ngạc là dù sử dụng các tấm silicon tái chế, hiệu suất chuyển đổi quang năng của loại pin này vẫn chạm ngưỡng 25%. Các vật liệu độc hại hoặc khó phân hủy cũng dần bị loại bỏ: lớp phủ mặt trước không chứa hợp chất flo, màng bọc làm từ vật liệu sinh học và lớp bảo vệ mặt sau được chế tạo từ sợi lanh tự nhiên nhưng vẫn đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn quốc tế khắt khe.

Tư duy này 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 từ 20% đến 30% nhu cầu toàn cầu về lithium, niken và coban vào năm 2050. Tại châu Âu, giới phân tích ước tính đến năm 2030, nguồn phế liệu tái chế sẽ gánh vác khoảng 25% nhu cầu coban và 15% nhu cầu lithium hay niken.

Các doanh nghiệp tiên phong như Redwood Materials hiện đã xử lý hơn 20 GWh pin lithium-ion mỗi năm, đưa hơn 60.000 tấn nguyên liệu quan trọng trở lại thị trường tiêu thụ. Ngay cả bộ phận khó giải quyết nhất của điện gió là cánh quạt tua-bin cũng đang bắt đầu có những giải pháp tháo gỡ công nghệ tương tự.

Thay vì loay hoay với bài toán chôn lấp, ngành năng lượng sạch đang chứng minh rằng tính bền vững không chỉ nằm ở việc tạo ra dòng điện xanh, mà còn nằm ở sự minh bạch và thông minh trong cách đối xử với vật liệu hết vòng đời. Khi công nghệ bóc tách laser hay tuyển nổi rời phòng thí nghiệm để bước vào các nhà máy thương mại, câu chuyện tái chế sẽ không còn là gánh nặng chi phí môi trường, mà chính thức trở thành "chìa khóa" định hình cuộc chơi kinh tế tuần hoàn trong nhiều thập kỷ tới.