Quá trình chuyển đổi năng lượng đang diễn ra và quang điện (PV) đang đóng một vai trò quan trọng trong quá trình này. Năng lực khổng lồ sẽ được bổ sung trong vài thập kỷ tới. Các chuyên gia dự kiến sẽ có vài chục terawatt vào giữa thế kỷ này. Đó là 10 đến 25 mô-đun năng lượng mặt trời cho mỗi người. Sự bùng nổ sẽ cung cấp năng lượng xanh, sạch. Nhưng sự tăng trưởng này cũng có nhược điểm của nó.
Trừu tượng đồ họa. Nhà cung cấp: Joule (2024). DOI: 10.1016/j.joule.2024.01.025
Dự kiến đến năm 2050 sẽ có vài triệu tấn rác thải từ các mô-đun cũ — và đó chỉ là thị trường châu Âu. Ngay cả khi các mô-đun quang điện ngày nay được thiết kế để tồn tại lâu nhất có thể, chúng sẽ kết thúc ở bãi rác khi hết tuổi thọ và mang theo một số vật liệu có giá trị.
Nhà vật lý học Tiến sĩ Marius Peters từ Viện Năng lượng tái tạo Erlangen-Nürnberg (HI ERN), một chi nhánh của Forschungszentrum, giải thích: “Tái chế kinh tế tuần hoàn trong quang điện sẽ rất quan trọng để tránh các dòng chất thải ở quy mô gần tương đương với chất thải điện tử toàn cầu ngày nay”. Jülich.
Các mô-đun năng lượng mặt trời ngày nay chỉ phù hợp cho mục đích này ở một mức độ hạn chế. Lý do cho điều này là do cấu trúc tích hợp—tức là khó có thể tách rời—của các mô-đun, đây là điều kiện tiên quyết để chúng có thời gian sử dụng lâu dài. Mặc dù việc tái chế là bắt buộc ở Liên minh Châu Âu, do đó, các mô-đun PV rất khó tái sử dụng theo cách tuần hoàn.
Nghiên cứu hiện tại của Tiến sĩ Ian Marius Peters, Tiến sĩ Jens Hauch và Giáo sư Christoph Brabec từ HI ERN cho thấy tầm quan trọng của việc tái chế những vật liệu này đối với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp quang điện. Peters cho biết: “Tầm nhìn của chúng tôi là chuyển từ thiết kế cho sự vĩnh cửu sang thiết kế cho chu kỳ vĩnh cửu. Điều này sẽ làm cho năng lượng tái tạo trở nên bền vững hơn bất kỳ công nghệ năng lượng nào trước đây”.
Không phải cho vĩnh cửu mà cho một chu kỳ vĩnh cửu
Do đó, thị trường phù hợp nhất để hấp thụ lượng vật liệu tái chế sẽ là việc tự sản xuất các mô-đun PV. Chỉ trong lĩnh vực này, nhu cầu mới đủ lớn trong một số trường hợp. Peters cho biết: “Ngay cả khi không tái chế tuần hoàn, năng lượng mặt trời vẫn bền vững”.
"Tuy nhiên, tái chế tuần hoàn mang đến cơ hội thiết lập một nền kinh tế tuần hoàn thực sự và trở thành người tiên phong về văn hóa bền vững ở đây."
Nhưng làm thế nào việc tái chế có thể thực sự trở thành tuần hoàn? Nghiên cứu HI ERN chỉ ra con đường hướng tới một tương lai bền vững và khả thi hơn về mặt kinh tế cho ngành công nghiệp quang điện: Bước đầu tiên là thiết kế các mô-đun năng lượng mặt trời cho chu kỳ vĩnh cửu. Các vật liệu được sử dụng phải dễ dàng và sạch hơn để phân tách.
Các vật liệu được sử dụng cũng phải được ghi chép và mô tả tốt hơn. Cuối cùng, sự thành công của việc tái chế sẽ phụ thuộc phần lớn vào việc nó có thể được thực hiện một cách kinh tế như thế nào.
Quản lý tài nguyên tuần hoàn của các vật liệu khác nhau
Thực tế là không thiếu nguyên liệu. Có đủ nguồn lực để mở rộng quy mô quang điện. Tuy nhiên, số lượng cần thiết là rất lớn. Do đó, quản lý nguyên vật liệu tốt sẽ có lợi cho việc mở rộng nhanh chóng.
Ví dụ, thủy tinh chiếm tới 75% khối lượng của mô-đun năng lượng mặt trời. Kính năng lượng mặt trời có thể được thu hồi bằng các quy trình đã được thiết lập nhưng chỉ ở chất lượng kém nên không có sẵn để sản xuất các mô-đun mới. Đây không phải là vấn đề với số lượng nhỏ mô-đun được tái chế ngày nay. Tuy nhiên, điều này có thể sẽ thay đổi từ giữa đến cuối những năm 2030, khi hàng triệu tấn kính năng lượng mặt trời đã qua sử dụng sẽ được sản xuất mỗi năm.
Peters giải thích: "Không có ứng dụng nào cần số lượng kính cũ này. Tái chế tuần hoàn là cách duy nhất để ngăn chặn lượng kính này trở thành rác thải". Việc sử dụng thông tư cũng củng cố vị thế kinh tế của ngành năng lượng mặt trời.
Một ví dụ khác là việc sử dụng một số loại polyme cạnh tranh với ngành giày dép. Năng lực sản xuất hiện tại ở đây còn hạn chế. Thông qua tái chế tuần hoàn, công suất có thể được mở rộng nhanh hơn và có thể tránh được tình trạng tắc nghẽn trong sản xuất. Tái chế tuần hoàn cũng cho phép thu hồi các vật liệu có giá trị.
Ngành công nghiệp năng lượng mặt trời đã chiếm 12,7% sản lượng bạc hàng năm vào năm 2020. Các mô-đun trong tương lai sẽ và phải được quản lý mà không cần bạc. Nhưng cho đến lúc đó, hàng nghìn tấn bạc sẽ được sử dụng trong các mô-đun. Tái chế tuần hoàn giúp có thể thu hồi kho báu này và cung cấp nó. Bạc được sử dụng theo nhiều cách khác nhau; tính sẵn có của nó bị hạn chế và do đó nó là một nguồn tài nguyên quý giá.
