Pin năng lượng mặt trời có sạch như bạn vẫn nghĩ?

Pin năng lượng mặt trời vốn được xem là góp phần đáng kể vào việc cung cấp năng lượng mà không gây ra phát thải. Song pin năng lượng mặt trời có sạch như nhiều người vẫn nghĩ?

Ô nhiễm từ sản xuất pin mặt trời

Pin mặt trời tinh thể: Có nhiều công nghệ sản xuất năng lượng mặt trời nhưng đại đa số các tế bào quang điện ngày nay được chế tạo từ thạch anh, dạng phổ biến nhất của silica (silicon dioxide), được tinh chế thành silicon nguyên tố. Đó là vấn đề đầu tiên: thạch anh được khai thác từ mỏ và điều này đặt các công nhân mỏ vào nguy cơ mắc phải một trong những bệnh nghề nghiệp: bệnh nhiễm bụi phổi.

Bước xử lý đầu tiên là chuyển thạch anh thành silicon ở cấp độ luyện kim. Việc này được tiến hành trong những lò nung khổng lồ và chúng tiêu hao rất nhiều năng lượng để giữ nhiệt độ cao.

Bước xử lý kế tiếp là biến silicon ở cấp độ luyện kim thành một dạng tinh khiết hơn có tên gọi là polysilicon (silicon đa tinh thể) – tạo ra hợp chất SiCl4 rất độc hại. Thu silicon từ SiCl4 tiêu tốn ít năng lượng hơn so với việc thu silicon từ silica, việc tái sử dụng giúp nhà sản xuất tiết kiệm chi phí. Nhưng các thiết bị tái xử lý có giá lên đến hàng chục triệu USD.

Có nhiều công nghệ sản xuất năng lượng mặt trời nhưng đại đa số các tế bào quang điện ngày nay được chế tạo từ thạch anh.

Do vậy, cần có các quy định ngặt nghèo đối với việc lưu trữ và xử lý chất thải SiCl4. Trong năm 2011 Trung Quốc đặt ra các tiêu chuẩn yêu cầu công ty phải tái sử dụng ít nhất 98,5% lượng chất thải SiCl4.

NREL cũng đã tìm kiếm các phương pháp chế tạo polysilicon từ ethanol thay vì các chất hóa học chứa Clo, nhờ đó tránh hoàn toàn được việc tạo ra SiCl4.

Các nhà sản xuất pin mặt trời tinh chế các khối polysilicon thành những thỏi silicon và cắt nó ra thành các tấm wafer (tấm nền). Sau đó, họ đưa các tạp chất có chủ định vào các tấm wafer để tạo ra những cấu trúc pin mặt trời có khả năng tạo ra hiệu ứng quang điện.

Những bước xử lý này sử dụng các chất hóa học nguy hiểm. Chẳng hạn như các nhà sản xuất sử dụng axit HF để làm sạch các tấm nền, loại bỏ các hư hỏng trong quá trình cắt và xử lý bề mặt để thu nhận ánh sáng tốt hơn. Axit HF khi tiếp xúc với một người không được trang bị thiết bị bảo hộ, có thể phá hủy các mô và làm giảm canxi trong xương.

Giải pháp hiện đang được nhiều nhà sản xuất áp dụng đó là thay thế bằng NaOH. Mặc dù bản thân NaOH là một chất ăn da, nó vẫn dễ xử lý và thải ra hơn là HF.

Pin mặt trời thin-film

Các nhà sản xuất pin mặt trời bằng công nghệ màng mỏng tạo ra các lớp vật liệu bán dẫn trực tiếp trên một tấm kính, kim loại hay nhựa thay vì dùng các tấm wafer được cắt ra từ các thỏi silicon. Công nghệ này tạo ra ít chất thải hơn và tránh được hoàn toàn các công đoạn nấu chảy, kéo và cắt được dùng trong cách chế tạo pin mặt trời tinh thể. An toàn trong sản xuất do nó không dùng đến một số chất hóa học nguy hại – không axit HF hay axit HCL.

Các công nghệ thin-film ngày nay chủ yếu là CdTe (Cadmium telluride) và CIGS (copper indium gallium selenide). Ở công nghệ thứ nhất, một lớp bán dẫn được tạo ra từ các Cadmium telluride và lớp thứ 2 được tạo ra từ Cadmium sulfide. Còn ở công nghệ thứ 2, vật liệu bán dẫn chính là CIGS, nhưng lớp thứ 2 thường là Cadmium sulfide. Vậy các công nghệ này đều sử dụng các hợp chất chứa kim loại nặng cadmium. Đây là chất gây cả ung thư và biến đổi gen.

Các nước cố gắng phát triển các pin mặt trời dùng công nghệ thin-film mà không sử dụng các thành phần độc hại như Cadmium hay các nguyên tố khan hiếm như tellunrium. First Solar vẫn liên tục giảm lượng cadmium được dùng trong pin mặt trời của mình.

Các vấn đề khác

Tiêu tốn nhiều năng lượng

Sản xuất pin mặt trời tinh thể tiêu tốn nhiều năng lượng. Các nhà phân tích đánh giá ảnh hưởng của năng lượng dùng trong sản xuất pin mặt trời theo quy đổi phát thải CO2. Tuy nhiên, hệ số phát thải CO2 ở các quốc gia lại khác nhau.

Tiêu tốn nước

Các công ty sản xuất pin mặt trời dùng rất nhiều nước cho các mục đích khác nhau, bao gồm làm mát xử lý hóa học và kiểm soát ô nhiễm không khí. Tuy nhiên, sự hao phí nhiều nhất là trong quá trình lắp đặt và sử dụng. Mặc dù vậy, lượng nước dùng trong sản xuất, lắp đặt và vận hành pin mặt trời vẫn thấp hơn nhiều so với lượng nước cần cho các nhà máy nhiệt điện.

Những thách thức khi tái chế bảng điều khiển pin năng lượng mặt trời

Tái chế tấm năng lượng mặt trời không phải là nhiệm vụ dễ dàng, bởi vì các tấm pin mặt trời được lắp ráp từ nhiều vật liệu khác nhau, bao gồm: Kính (gồm mặt trước của hầu hết các tấm pin); khung nhôm; vật liệu tổng hợp được sử dụng để đóng gói và miên phong các tế bào silicon – có thể bao gồm các chất như ethylene-vinyl ecetate (EVA), polyvinyl butyral (PVB) và/hoặc polyvinyl florua.

Tế bào năng lượng mặt trời silicon

Các kim loại như chì, đồng, gallium và cadmium

Tái chế thích hợp các tấm pin mặt trời là yêu cầu các vật liệu khác nhau này phải được tách ra và thu hồi với tỷ lệ cao. Các vật liệu sau đó có thể được tái sử dụng để sản xuất  các tấm mới, hoặc các ứng dụng công nghiệp khác. Các tế bào silicon thường có thể phục hồi để được sử dụng một lần nữa. Điều này là quan trọng, bởi vì việc tạo các tế bào silicon mới là một quá trình tốn nhiều năng lượng.

Tái chế tấm năng lượng mặt trời không phải là nhiệm vụ dễ dàng.

Hiệp hội tái chế bảng điều khiển năng lượng mặt trời châu Âu PV cycle đã phát triển một quy trình mà hơn 95% vật liệu của bảng điều khiển có thể được phục hồi.

Tại châu Âu, việc xử lý bảng điều khiển năng lượng mặt trời chỉ thuộc chất thải điện và điện tử của Liên minh châu Âu (WEEE) và được quy định nghiêm ngặt. Chưa có quy trình phổ biến nào của Hoa Kỳ ở cấp liên bang, ngoại trừ một số nhóm không tuân thủ quy trình kiểm tra tính độc tính (thử nghiệm TCLP) và do đó tuân theo Đạo luật bảo tồn và khôi phục tài nguyên (RCRA). Tuy nhiên, California đã ban hành quy định quản lý việc xử lý bảng điều khiển năng lượng mặt trời và có khả năng các quốc gia khác sẽ tuân thủ trong tương lai.

Thách thức xử lý cuối vòng đời, điều này được tiếp cận tốt nhất như là một nỗ lực chung giữa nhà sản xuất, nhà cung cấp, người tiêu dùng và cơ quan điều tiết.

VNCPC