Khi Triệu lượng Tấm Năng Lượng Mặt Trời Lão Hóa, Người Tái Chế Hy Vọng Kiếm Lời

Câu chuyện này ban đầu được đăng trên Yale Environment 360 và là một phần của sự hợp tác của Climate Desk.

Tại Odessa, Texas, những người lao động tại một công ty mới có tên SolarCycle dỡ hàng từ các chiếc xe tải chở các tấm năng lượng mặt trời đã hết thời kỳ sử dụng, vừa được thu hoạch từ các trang trại năng lượng mặt trời thương mại trên khắp Hoa Kỳ. Họ tách các tấm ra khỏi khung nhôm và hộp điện, sau đó đưa chúng vào máy móc để tách kính ra khỏi các vật liệu làm lớp laminated đã giúp tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời trong khoảng một phần tư thế kỷ.

Tiếp theo, các tấm được nghiền nát, đánh bại, và trải qua một quy trình được đặc quyền để chiết tách các vật liệu quý - chủ yếu là bạc, đồng và silic hình thang. Những thành phần này sẽ được bán, cũng như nhôm và kính có giá trị thấp hơn, có thể kết thúc trong thế hệ tiếp theo của các tấm năng lượng mặt trời.

Quy trình này mang lại cái nhìn về điều gì có thể xảy ra với một làn sóng dự kiến của các tấm năng lượng mặt trời đã nghỉ hưu sẽ tràn từ một ngành công nghiệp đại diện cho nguồn năng lượng tăng trưởng nhanh nhất ở Mỹ. Hiện nay, khoảng 90% các tấm ở Mỹ đã mất hiệu suất do tuổi tác hoặc bị lỗi, đều kết thúc tại các bãi rác vì lựa chọn này chi phí ít hơn so với việc tái chế chúng.

Nhưng những người ủng hộ tái chế ở Mỹ cho biết việc tăng cường tái sử dụng các vật liệu quý, như bạc và đồng, sẽ giúp thúc đẩy nền kinh tế vòng tròn, trong đó lượng chất thải và ô nhiễm giảm bớt thông qua việc liên tục tái sử dụng vật liệu. Theo báo cáo năm 2021 của National Renewable Energy Laboratory (NREL), tái chế các tấm PV cũng có thể giảm nguy cơ bãi rác rò rỉ chất độc hại vào môi trường; tăng sự ổn định của chuỗi cung ứng chủ yếu phụ thuộc vào nhập khẩu từ Đông Nam Á; giảm chi phí vật liệu nguyên liệu cho ngành sản xuất năng lượng mặt trời và các loại sản xuất khác; và mở rộng cơ hội thị trường cho các nhà tái chế ở Mỹ.

Tất nhiên, việc tái sử dụng các tấm đã suy giảm nhưng vẫn có thể sử dụng được là một lựa chọn tốt hơn. Hàng triệu tấm như vậy hiện đang kết thúc ở các quốc gia đang phát triển, trong khi những tấm khác được tái sử dụng gần nhà. Ví dụ, SolarCycle đang xây dựng một nhà máy điện cho nhà máy của mình tại Texas sẽ sử dụng các mô-đun đã được tái chế.

Triển vọng về một đám đông tương lai của các tấm đã hết hạn đang thúc đẩy nỗ lực của một số nhà tái chế năng lượng mặt trời để giải quyết sự không phù hợp giữa sự tích tụ hiện tại của công suất năng lượng tái tạo bởi các công ty điện, thành phố và doanh nghiệp tư nhân - hàng triệu tấm được lắp đặt trên toàn cầu mỗi năm - và sự thiếu hụt cơ sở vật chất có thể xử lý vật liệu này an toàn khi nó đến cuối tuổi thọ hữu ích của nó, khoảng 25 đến 30 năm.

Dự kiến công suất năng lượng mặt trời trên mọi phân khúc ở Mỹ sẽ tăng trung bình 21% mỗi năm từ 2023 đến 2027, theo báo cáo quý mới nhất từ Hiệp hội Công nghiệp Năng lượng Mặt Trời (SEIA) và công ty tư vấn Wood Mackenzie. Sự tăng dự kiến sẽ được hỗ trợ bởi Đạo luật Giảm Thiểu Lạm Phát năm 2022, trong đó có hỗ trợ cho năng lượng tái tạo, cung cấp 30% thuế giảm trừ cho các cài đặt năng lượng mặt trời dân dụ.

Diện tích được bao phủ bởi các tấm năng lượng mặt trời được lắp đặt ở Mỹ tính đến năm 2021 và dự kiến sẽ nghỉ hưu vào năm 2030 sẽ bao phủ khoảng 3,000 sân bóng bầu dục Mỹ, theo ước tính của NREL. "Đó là một lượng chất thải khá lớn," nói Taylor Curtis, một nhà phân tích pháp lý và quy định tại phòng thí nghiệm. Nhưng tỷ lệ tái chế của ngành công nghiệp, dưới 10%, đang đứng xa sau dự báo tích cực cho sự phát triển của ngành công nghiệp.

Jesse Simons, một trong những người sáng lập SolarCycle, có khoảng 30 nhân viên và bắt đầu hoạt động từ tháng 12 năm ngoái, cho biết các bãi rác rắn thường tính từ 1 đến 2 đô la để chấp nhận một tấm năng lượng mặt trời, tăng lên khoảng 5 đô la nếu vật liệu được coi là chất thải độc hại. Ngược lại, công ty của anh ấy tính 18 đô la mỗi tấm. Khách hàng sẵn lòng trả mức giá đó vì họ có thể không tìm thấy một bãi rác có giấy phép để chấp nhận chất thải độc hại và chấp nhận trách nhiệm pháp lý về nó, và vì họ muốn giảm thiểu tác động môi trường của các tấm cũ của họ, Jesse Simons, một cựu quan chức của Sierra Club, nói.

SolarCycle cung cấp cho khách hàng của mình một phân tích môi trường cho thấy những lợi ích của việc tái chế tấm. Ví dụ, tái chế nhôm sử dụng 95% năng lượng ít hơn so với việc sản xuất nhôm nguyên chất, nơi phải chịu chi phí khai thác nguyên liệu thô, bauxite, và sau đó vận chuyển và tinh chế nó.

Công ty ước tính rằng việc tái chế mỗi tấm tránh khỏi phát thải 97 pound CO₂; con số tăng lên hơn 1.5 tấn CO₂ nếu một tấm được tái sử dụng. Dưới một quy tắc đề xuất của Ủy ban Chứng khoán và Giao dịch Mỹ, các công ty niêm yết công khai sẽ bị yêu cầu tiết lộ các rủi ro liên quan đến khí hậu có thể gây ảnh hưởng lớn đối với kinh doanh của họ, bao gồm phát thải khí nhà kính.

Nhôm được tách từ các tấm năng lượng mặt trời tại nhà máy SolarCycle được bán tại một sân kim loại gần đó. Hiện kính được bán với giá chỉ vài xu mỗi tấm để tái sử dụng trong sản phẩm cơ bản như chai, nhưng Simons hy vọng rằng cuối cùng anh ấy sẽ có đủ lượng để bán với giá cao hơn cho một nhà sản xuất tấm năng lượng mặt trời mới.

Silic hình thang, được sử dụng làm vật liệu cơ bản trong tấm năng lượng mặt trời, cũng đáng giá để khôi phục, anh ấy nói. Mặc dù nó phải được tinh chế để sử dụng trong các tấm tiếp theo, việc sử dụng nó tránh được tác động môi trường của quá trình khai thác và chế biến silic mới.

SolarCycle là một trong năm công ty duy nhất tại Mỹ được SEIA liệt kê có khả năng cung cấp dịch vụ tái chế. Ngành công nghiệp vẫn còn rất non trẻ và đang nghĩ cách làm sao để kiếm tiền từ việc khôi phục và sau đó bán các thành phần tấm, theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ. “Một số yếu tố của quá trình tái chế này có thể được tìm thấy tại Hoa Kỳ, nhưng nó vẫn chưa xảy ra ở quy mô lớn,“ EPA nói trong một tổng quan về ngành công nghiệp.

Năm 2016, Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế (IRENA) dự báo rằng vào đầu thập kỷ 2030, lượng tấm năng lượng mặt trời hỏng hóc trên toàn cầu sẽ bằng khoảng 4% so với số lượng tấm đã được lắp đặt. Đến thập kỷ 2050, khối lượng chất thải tấm năng lượng mặt trời sẽ tăng lên ít nhất 5 triệu tấn mét mỗi năm, theo thông báo của cơ quan. Trung Quốc, quốc gia sản xuất năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới, dự kiến sẽ đã nghỉ hưu tổng cộng ít nhất 13.5 triệu tấn mét của các tấm vào năm 2050, nhiều hơn nhiều so với bất kỳ quốc gia sản xuất năng lượng mặt trời lớn nào và gần gấp đôi khối lượng mà Hoa Kỳ sẽ nghỉ hưu vào thời điểm đó, theo báo cáo của IRENA.

Những nguyên liệu thô có thể được khôi phục từ các tấm năng lượng mặt trời trên toàn cầu có thể tích lũy có giá trị $450 triệu (theo giá năm 2016) vào năm 2030, theo báo cáo, xấp xỉ bằng chi phí nguyên liệu cần thiết để sản xuất khoảng 60 triệu tấm mới, hoặc 18 gigawatts công suất phát điện. Đến năm 2050, báo cáo nói, giá trị khôi phục có thể tích lũy vượt quá $15 tỷ.

Tuy nhiên, hiện tại, các nhà tái chế năng lượng mặt trời đối mặt với thách thức kinh tế, công nghệ và quy định đáng kể. Phần của vấn đề, theo Curtis của NREL, là thiếu dữ liệu về tỷ lệ tái chế tấm, điều này làm chậm các phản ứng chính sách tiềm năng có thể cung cấp thêm động lực cho các nhà điều hành trang trại năng lượng mặt trời để tái chế tấm cuối đời thay vì vứt bỏ chúng.

Vấn đề khác là phương pháp Leaching Procedure độc hại - một phương pháp được EPA chấp thuận để xác định xem một sản phẩm hoặc vật liệu có chứa các yếu tố độc hại có thể rò rỉ vào môi trường hay không - được biết là có vấn đề. Do đó, một số chủ trang trại năng lượng mặt trời cuối cùng lại "quản lý quá mức" các tấm của họ như là chất thải độc hại mà không đưa ra quyết định chính thức về chất thải độc hại, Curtis nói. Họ cuối cùng phải trả nhiều hơn để loại bỏ chúng tại các bãi rác được cấp phép để xử lý chất thải độc hại hoặc để tái chế chúng.

Cơ quan Năng lượng Quốc tế đã đánh giá liệu các tấm năng lượng mặt trời chứa chì, cadmium và selenium có ảnh hưởng đến sức khỏe con người nếu bị vứt vào bãi rác độc hại hoặc bãi rác thường mại và kết luận rằng rủi ro là thấp. Tuy nhiên, theo báo cáo năm 2020, cơ quan nói rằng các kết quả của nó không phải là một sự ủng hộ cho việc đổ vào bãi rác: Tái chế, nó nói, sẽ “giảm thiểu thêm” mối lo ngại về môi trường.

NREL hiện đang nghiên cứu một quy trình thay thế để xác định liệu các tấm có độc hại hay không. “Chúng ta cần phải tìm ra vấn đề này vì nó chắc chắn đang ảnh hưởng đến trách nhiệm và chi phí để làm cho việc tái chế trở nên cạnh tranh hơn,” Curtis nói.

Mặc dù có những không chắc chắn này, bốn tiểu bang gần đây đã ban hành luật về tái chế mô-đun PV. California, có lượng lắp đặt năng lượng mặt trời lớn nhất, cho phép các tấm được đổ vào bãi rác, nhưng chỉ sau khi chúng đã được xác nhận là không độc hại bởi một phòng thí nghiệm được chỉ định, có thể tốn lên đến $1,500. Đến tháng 7 năm 2022, California chỉ có một nhà máy tái chế chấp nhận tấm năng lượng mặt trời.

Tại tiểu bang Washington, một luật được thiết kế để cung cấp một cách tái chế mô-đun PV môi trường đã được thực hiện vào tháng 7 năm 2025; các quan chức New Jersey dự kiến sẽ phát hành một báo cáo về việc quản lý chất thải PV vào mùa xuân năm nay, và Bắc Carolina đã yêu cầu các quan chức môi trường tiểu bang nghiên cứu về việc ngưng hoạt động của các dự án năng lượng mặt trời quy mô lớn. (Bắc Carolina hiện yêu cầu các tấm năng lượng mặt trời phải được loại bỏ như chất thải độc hại nếu chúng chứa kim loại nặng như bạch kim hoặc - trong trường hợp của các tấm cũ - chromium hexavalent, chì, cadmium và arsenic.)

Tại Liên minh châu Âu, từ năm 2012, các tấm năng lượng mặt trời cuối đời đã được xem xử lý như chất thải điện tử theo chỉ thị về thiết bị điện tử và điện tử của Liên minh châu Âu, được biết đến với tên gọi là WEEE. Chỉ thị yêu cầu tất cả các quốc gia thành viên tuân thủ các tiêu chuẩn tối thiểu, nhưng tỷ lệ tái chế chất thải điện tử thực tế thay đổi từ quốc gia này sang quốc gia khác, theo Marius Mordal Bakke, chuyên gia phân tích cao cấp về nghiên cứu nhà cung cấp năng lượng mặt trời tại Rystad Energy, một công ty nghiên cứu có trụ sở tại Oslo, Na Uy. Mặc dù có luật này, tỷ lệ tái chế năng lượng mặt trời của Liên minh châu Âu không tốt hơn tỷ lệ ở Mỹ - khoảng 10% - chủ yếu là do khó khăn trong việc trích xuất các vật liệu quý từ các tấm, Bakke nói.

Nhưng anh dự đoán rằng tái chế sẽ trở nên phổ biến hơn khi số lượng tấm cuối đời tăng lên đến mức nó trở thành một cơ hội kinh doanh, cung cấp cho các nhà tái chế các vật liệu quý mà họ có thể bán. Chính phủ có thể giúp tăng tốc quá trình chuyển đổi đó, ông thêm, bằng cách cấm việc vứt bỏ tấm năng lượng mặt trời vào bãi rác và cung cấp các động cơ như giảm thuế cho những người sử dụng tấm năng lượng mặt trời.

“Ở một thời điểm nào đó trong tương lai, bạn sẽ thấy đủ nhiều tấm bị vô hiệu hóa để bạn bắt đầu tái chế,” Bakke nói. “Nó sẽ trở nên có lợi nhuận mà không cần giá hàng hóa.”