Chất thải từ tấm pin năng lượng mặt trời dự kiến sẽ tăng hơn 4000% trong thập kỷ tới.Ngành tái chế tấm pin mặt trời đã sẵn sàng để xử lý khối lượng này chưa?Với nhu cầu về các tấm pin mới tăng theo cấp số nhân và nguyên liệu thô khan hiếm, cuộc đua đang diễn ra.
Tấm năng lượng mặt trờitái chế đang trở thành một thách thức thực sự.Điều quan trọng đối với chiến lược số 0 ròng của Vương quốc Anh, năng lượng mặt trời là một lựa chọn lâu dài và bền vững cho các doanh nghiệp và hộ gia đình, đồng thời nó đang phát triển nhanh chóng.
Vào năm 2021, Vương quốc Anh đã bổ sung thêm 730MW công suất năng lượng mặt trời mới, nâng tổng sản lượng lên 14,6GW, tăng 5,3% so với năm 2020 và - trong quý 2 năm 2022 - năng lượng mặt trời đóng góp 6,4% tổng sản lượng điện của Vương quốc Anh.Trong Chiến lược an ninh năng lượng tháng 4, Bộ Chiến lược Kinh doanh, Năng lượng và Công nghiệp (BEIS) xác nhận rằng đến năm 2035, việc triển khai năng lượng mặt trời của Vương quốc Anh dự kiến sẽ tăng gấp 5 lần, nâng tổng khối lượng lên 70GW: khoảng 15% dự kiến của Vương quốc Anh. (và ngày càng tăng) nhu cầu về điện, theo McKinsey.
Một vấn đề mới nổi là phải làm gì với các tấm pin mặt trời khi chúng hết tuổi thọ 30 năm.Khi thị trường tiếp tục tăng trưởng trong tương lai, lượng chất thải năng lượng mặt trời ngày càng tăng.Theo Cơ quan Năng lượng tái tạo quốc tế (IRENA), Vương quốc Anh được dự đoán sẽ tạo ra 30.000 tấn chất thải năng lượng mặt trời trong thập kỷ tới.Thêm vào đó, sự gia tăng số lượng tấm pin không còn tồn tại được dự đoán sẽ xuất hiện trên thị trường vào những năm 2030, khiTấm năng lượng mặt trờitừ thiên niên kỷ bắt đầu chùn bước.IRENA dự đoán chất thải toàn cầu từ các tấm pin mặt trời sẽ vào khoảng 1,7 triệu đến 8 triệu tấn vào năm 2030.
Hơn nữa, một nút thắt tiềm ẩn trong việc cung cấp nguyên liệu thô đang xuất hiện, với nhu cầu về tấm pin sẽ vượt quá khả năng sẵn có của các thành phần nguyên chất.
Áp lực đang gia tăng buộc ngành tái chế tấm pin mặt trời phải tăng công suất nhằm giải quyết sự gia tăng của các tấm pin không còn tồn tại và hỗ trợ sản xuất các tấm pin mặt trời mới.Vào tháng 7, Sam Vanderhoof, một chuyên gia trong ngành năng lượng mặt trời, đã đề xuất rằng - trên toàn cầu - chỉ một trong mười tấm quang điện (PV) được tái chế, phần còn lại sẽ được đưa vào bãi rác, một lần nữa đề cập đến dữ liệu từ IRENA.
Quy định và tuân thủ
Ở Anh,các tấm pin mặt trời được chính thức phân loại làĐiện và điện tửThiết bị(EEE), thuộc Danh mục 14 chuyên dụng. Do đó, các tấm PV phải tuân theo Quy định về EEE Chất thải (WEEE);thời hạn sử dụng của chúng được theo dõi và việc phát triển cơ sở hạ tầng tái chế tấm pin mặt trời vững chắc đang được tiến hành.
Các nhà sản xuất tấm pin mặt trời có nghĩa vụ tham gia Chương trình tuân thủ của nhà sản xuất (PCS), báo cáo trọng tải được đưa ra thị trường và thu thập các ghi chú tuân thủ để đề cập đến việc tái chế các đơn vị đó trong tương lai.Họ cũng phải đánh dấu các sản phẩm để tư vấn cho người dùng và cơ sở xử lý về thành phần nguyên liệu và cách xử lý đúng cách.
Đồng thời, nhà phân phối phải thu gom những sản phẩm hết hạn sử dụng.Họ phải có quy trình thu hồi chất thải PV hoặc đóng góp vào kế hoạch thu hồi được Chính phủ phê duyệt.
Tuy nhiên, theo Scott Butler, Giám đốc điều hành của Material Focus, một tổ chức phi chính phủ được tài trợ từ phí tuân thủ WEEE, có một số cân nhắc đặc biệt sẽ ảnh hưởng đến việc khôi phục các tấm pin mặt trời: “Với PV, bạn sẽ mong đợi sẽ có mối quan hệ giữa người cài đặt/người gỡ cài đặt cho hộ gia đình.Mặc dù là sản phẩm nội địa nhưng không phải là thứ mà nhiều người có thể tự mình xử lý được.
“Tôi tưởng tượng rằng việc tháo dỡ phải có sự tham gia của một chuyên gia đã đăng ký về điện lưới… và họ có thể là chìa khóa để quản lý [chất thải] này.Mặc dù có thể khó khăn vì họ không được trang bị để xử lý rác thải, nhưng việc trở thành người vận chuyển rác thải không khó đến thế.”
Butler lưu ý rằng các tấm pin mặt trời hiện sắp hết tuổi thọ có thể gặp khó khăn trong việc tái chế do sự thay đổi trong sản xuất: “Về mặt tái chế, tôi nghĩ thách thức với PV là hiểu được tính chất hóa học bởi vì, đặc biệt là khi bắt đầu, có rất nhiều hỗn hợp hóa học khác nhau đang diễn ra.Những thứ sắp bắt đầu xuất hiện bây giờ đã khá cũ rồi, 20 năm là một chu kỳ khá dài.Vì vậy, có thể có một lỗ hổng thông tin cần được bổ sung về việc ai đưa thứ gì ra thị trường và nó là gì.”
Quy trình tái chế
Quy trình tái chế các tấm pin khác nhau tùy theo thành phần của tấm pin mặt trời, trong đó phổ biến nhất là dựa trên silicon.Được biết đến với khả năng chi trả và tính linh hoạt, các tấm pin mặt trời silicon chiếm 73,3% thị phần vào năm 2020;màng mỏng chiếm 10,4% và các tấm được sản xuất từ các vật liệu khác (nhạy cảm với thuốc nhuộm, quang điện tập trung, lai hữu cơ) chiếm 16,3% còn lại (Chowdhury et al, 2020).
Khi được thu thập, bất kỳbảng quang điệnrất khó để tháo rời.Khung nhôm và hộp nối có thể được tháo ra một cách đơn giản;Phần khó khăn nhất là tấm kính phẳng nhiều lớp, chứa một lượng nhỏ kim loại đen và kim loại màu, nhựa và vật liệu bán dẫn.Về các giải pháp xử lý, thách thức không phải là vấn đề kỹ thuật, vì nhiệt phân, tách đông lạnh (đông lạnh) và băm nhỏ cơ học tồn tại như các kỹ thuật phân tách cho các vật liệu khác nhau.Thách thức lớn nhất là các tấm PV không tạo ra chất thải tương tự như chất thải đóng gói hoặc vật tư tiêu hao có tuổi thọ ngắn.Vì vậy, câu hỏi chính mang tính kinh tế: ai sẽ đầu tư vào một dây chuyền xử lý mà không biết khi nào chất thải sẽ đến?
Các tấm màng mỏng bao gồm một quy trình xử lý, đòi hỏi một số bước bổ sung để phục hồi hợp chất kim loại 'cadmium Telluride' một cách thân thiện với môi trường.Mặc dù là lựa chọn ít phổ biến hơn nhưng tấm màng mỏng có cách sử dụng vật liệu hiệu quả hơn, chứa chất bán dẫn mỏng hơn, tiết kiệm chi phí và lượng carbon trong quá trình sản xuất.Những tấm này hoạt động tốt hơn trong điều kiện ánh sáng yếu hơn và ở các góc 'cực cao', hữu ích cho các bề mặt thẳng đứng và mặt tiền.
Để thu hồi vật liệu, các tấm PV màng mỏng được cắt nhỏ để loại bỏ lớp màng, trước khi các mảnh rắn và lỏng được tách ra bằng vít quay.Sau đó, màng được loại bỏ bằng axit và peroxide, sau đó loại bỏ các vật liệu xen kẽ bằng rung, trong khi thủy tinh và kim loại còn lại được tách ra và thu hồi.
Tái chế tấm pin mặt trời ở quy mô lớn
Mặc dù các sáng kiến tái chế hiện nay đang phát triển đều đặn nhưng hiện tại chỉ có 80 đến 95% vật liệu tấm pin mặt trời được tái chế được thu hồi.Để thúc đẩy điều này, công ty quản lý chất thải Veolia đang dẫn đầu một dự án tái chế toàn bộ tấm pin mặt trời ở quy mô công nghiệp, trong một dự án đang được thực hiện do EIT RawMaterials tài trợ.ReProSolar đang phát triển một quy trình hiệu quả cao để tái chế các tấm pin hết tuổi thọ, cho phép phục hồi tất cả các thành phần mô-đun PV dựa trên silicon.
Sử dụng công nghệ tách lớp để tách pin mặt trời khỏi tấm kính, các quá trình vật lý và hóa học sẽ thu hồi tất cả các vật liệu, kể cả bạc nguyên chất và silicon mà không phá hủy các mô-đun PV.
Hợp tác với FLAXRES GmbH và ROSI Solar, haicông ty công nghệđang phát triển các phương pháp mới để thu hồi nguyên liệu thô từ các tấm quang điện, dự án sẽ thử nghiệm tính khả thi trên quy mô công nghiệp vào cuối năm nay, với 5.000 tấn mô-đun quang điện đã ngừng hoạt động sẽ được xử lý hàng năm tại một nhà máy trình diễn ở Đức vào năm 2024.
Thương mại hóa quy trình tái chế hoàn chỉnh là chìa khóa để đáp ứng thách thức thị trường hiện tại, mang lại nguồn cung cấp lớn các thành phần tấm pin mặt trời được thu hồi để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về tấm pin và xử lý khối lượng chất thải từ tấm pin mặt trời ngày càng tăng.
Lợi ích kinh tế đáng kể có thể đạt được từ việc phục hồi các thành phần tấm PV có giá trị cao khi nhu cầu tăng cao.Ví dụ, bạc mặc dù chiếm 0,05% trọng lượng tấm nhưng lại chiếm 14% giá trị thị trường của nó.Các kim loại có giá trị và có thể thu hồi khác bao gồm nhôm, đồng và Tellurium.Theo Rystad Energy, trong khi các vật liệu thu hồi từ các tấm PV hết hạn sử dụng hiện có giá trị 170 triệu USD, chúng sẽ có giá trị hơn 2,7 tỷ USD vào năm 2030.
Thiết kế lại tấm pin mặt trời
Ngoài những đổi mới trong thế giới tái chế tấm pin mặt trời, thiết kế của các tấm pin cũng đang được mô phỏng lại với mục đích tái sử dụng.Tổ chức Nghiên cứu Khoa học Ứng dụng Hà Lan (TNO) đã tiết lộ các tấm pin mặt trời 'Thiết kế để Tái chế' (D4R) mới được phát triển của họ vào tháng 12 năm 2021, được sản xuất theo hướng cân nhắc về tuổi thọ cuối cùng.Các tấm này có tuổi thọ 30 năm đã được thử nghiệm, được thiết kế để tháo rời dễ dàng mà không làm hỏng các bộ phận.
Các tấm này được bao bọc bằng một lớp giấy dính, có cơ chế kích hoạt tích hợp để phân tách các ô và khung.Quá trình này tiêu tốn ít năng lượng và không chứa các yếu tố độc hại.
Nghiên cứu được thực hiện bởi hai dự án, dự án đầu tiên là dự án DEREC, dự án này đã lên ý tưởng và thử nghiệm các tấm D4R trên quy mô nhỏ để đảm bảo việc tháo dỡ sạch sẽ sau thời gian sử dụng mô phỏng.Dự án PARSEC sau đó sẽ mở rộng quy mô công nghệ lên các tấm D4R kích thước đầy đủ để sử dụng cho mục đích thương mại và dân dụng.
Trong khi nó là tấmđược sản xuấtGần 30 năm trước đặt ra thách thức hiện tại cho các nhà tái chế, tấm D4R có thể đơn giản hóa việc tái chế tấm để thúc đẩy ngành công nghiệp phát triển.Và, ngoài các tấm pin mới, tập đoàn đang nghiên cứu các kỹ thuật tái chế cho các mẫu pin mặt trời hiện tại để thu được silicon nguyên chất để tái sử dụng.
Tóm lại là
Nhìn chung, những đổi mới này cho thấy nhiều hứa hẹn trong việc tập trung vào thương mại hóa, mặc dù vẫn còn lo ngại về việc liệu quy mô cần thiết có được đáp ứng hay không khi cả khối lượng tấm nền không còn tồn tại và nhu cầu về tấm nền mới đều tăng lên.Tuy nhiên, nếu nỗ lực thương mại hóa diễn ra tốt đẹp và nếu kế hoạch sản xuất tấm pin từ vật liệu thu hồi hoàn toàn có thể được thực hiện thì ngành công nghiệp tấm pin mặt trời đang hướng tới một nền kinh tế tuần hoàn mạnh mẽ.
Thời gian đăng: Jan-11-2023