Các nhà xử lý phế liệu điện tử đang phát triển các chiến lược để ngày càng có nhiều mô-đun quang điện gia nhập thị trường. | Đồi120 / Shutterstock
Ở một số khía cạnh, các tấm pin mặt trời phải đối mặt với những thách thức tái chế giống như TV cũ. Chi phí tái chế chính xác của chúng rất cao, giá trị hàng hóa của chúng bị hạn chế và chúng chứa các kim loại nguy hiểm. Đồng thời, tương đối ít bộ xử lý hạ nguồn tái chế chúng và thị trường phản đối việc tái sử dụng.
AJ Orben, phó chủ tịch của We Recycle Solar ở Arizona, cho biết: “Các tấm pin mặt trời gần như là loại CRT mới”, khi đề cập đến ống tia âm cực, chứa thủy tinh chì và được sử dụng trong những chiếc TV cũ, cồng kềnh.
Các cuộc phỏng vấn với các chuyên gia trong ngành tái chế tấm pin mặt trời và điện tử đã tiết lộ những thách thức mà ngành này phải đối mặt trong các mô-đun quang điện (PV). Các mô-đun quang điện (PV) có thể được lưu trữ, đổ, bỏ đi hoặc chôn lấp trái phép, giống như CRT trong nhiều trường hợp. Tiếp theo cũng vậy.
Một phần để ngăn chặn khả năng quản lý yếu kém của các cơ sở tái chế được chứng nhận, tổ chức phi lợi nhuận Tái chế Điện tử Bền vững Quốc tế (SERI) đang nỗ lực bổ sung các tấm pin mặt trời vào tiêu chuẩn chứng nhận rác thải điện tử R2. Gần 1.000 cơ sở tái chế sản phẩm điện tử trên toàn thế giới đã đạt chứng nhận tiêu chuẩn R2.
Đồng thời, ngày càng nhiều tấm pin mặt trời sẽ tiếp tục bước vào giai đoạn loại bỏ. Tuy nhiên, với sự phức tạp trong quá trình xử lý—và các quy định bổ sung dự kiến—là một cơ hội kinh doanh.
John Shegerian, đồng sáng lập và chủ tịch điều hành của National Electronic Processer ERI, cho biết: “Đây chỉ là phần nổi của tảng băng trôi”, đề cập đến số lượng tấm mà công ty ông hiện đang tái chế, khoảng một xe moóc bán tải mỗi tuần. 'Đây chỉ là để khởi động cho trò chơi thôi.'
Theo dữ liệu từ Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, khoảng 95% số tấm pin được bán hiện nay là silicon tinh thể và tế bào quang điện được làm từ chất bán dẫn silicon. Các tấm pin mặt trời được thiết kế để chịu được các yếu tố này trong nhiều thập kỷ và bao gồm các tế bào quang điện được kết nối với nhau được bọc trong nhựa và kẹp giữa kính và tấm phía sau. Một bảng điều khiển điển hình có khung kim loại (thường là nhôm) và dây đồng bên ngoài.
Trong một bài viết về phục hồi tài nguyên năm ngoái, Melissa Ann Schmid của EnergyBin, một sàn giao dịch thiết bị năng lượng mặt trời, giải thích rằng các tấm silicon tinh thể chủ yếu được làm bằng thủy tinh, nhưng cũng chứa nhựa, nhôm, silicon và đồng, cũng như một lượng nhỏ bạc, thiếc và chì. .
Các công ty tái chế có thể dễ dàng tách khung nhôm và dây đồng bên ngoài để tái chế. Tuy nhiên, do tế bào quang điện được bọc trong lớp nhựa ethylene vinyl acetate (EVA) và liên kết với thủy tinh nên cần có các quy trình bổ sung để thu hồi bạc, đồng hoặc silicon có độ tinh khiết cao trong tấm silicon.
We Recycle Solar sở hữu một nhà máy tái chế tấm pin mặt trời lớn ở Yuma, Arizona. Nhà máy nằm ở một thành phố ở biên giới California và một nhà máy nhỏ hơn ở Thành phố New York. We Recycle Solar được ra mắt cách đây 5 năm và tái chế hàng chục nghìn tấm pin mặt trời mỗi tuần, sử dụng vật liệu từ các gia đình, doanh nghiệp và trang trại năng lượng mặt trời.
Orben cho biết công ty là nhà tái chế tấm pin mặt trời lớn nhất ở Hoa Kỳ, mặc dù ông chỉ ra rằng chỉ có một số công ty tái chế tất cả hoặc gần như toàn bộ vật liệu tấm pin mặt trời.
We Recycle Solar loại bỏ khung nhôm và dây điện rồi cắt nhỏ các tấm pin. Ông cho biết hỗn hợp nghiền nát trải qua quá trình xử lý hóa học thứ cấp, điện phân và các quá trình khác để tách kim loại, silicon và thủy tinh, sau đó được chuyển đến các bộ xử lý tiếp theo.
ERI có trụ sở tại Fresno, California và xử lý các tấm pin mặt trời cho Redwood Materials, một công ty khởi nghiệp có trụ sở tại Carson, Nevada, nhằm mục đích thu hồi kim loại có giá trị từ pin. Vào tháng 4, ERI đã công bố mối quan hệ hợp tác, qua đó bộ xử lý sẽ gửi tất cả pin tái chế và rác thải từ tấm pin mặt trời đến Redwood Materials. Theo thông cáo báo chí của ERI, như một phần của thỏa thuận, Redwood đã đầu tư một số tiền đáng kể vào ERI.
Shegerian cho biết ERI đã nghiên cứu và phát triển khả năng tái chế tấm pin mặt trời trong khoảng ba năm. Sau khi loại bỏ khung nhôm, ERI đã giảm kích thước của tấm bảng trong máy hủy tài liệu được tái tạo. Bước quan trọng của quy trình là cắt nhỏ và tách kính khỏi vật liệu chứa kim loại đồng thời tránh phát thải không cần thiết.
Các quả bóng vật liệu chứa kim loại thu được sau đó được chuyển đến Redwood, nơi công ty sử dụng công nghệ của mình để tách các kim loại như đồng, bạc và chì.
Một công ty xử lý chất thải điện tử khác xử lý các tấm pin mặt trời là Echo Environmental, vận hành cơ sở tái chế và tái sử dụng rộng 166.000 feet vuông ở Carrollton, Texas, gần Dallas.
Tommy McGuire, chủ tịch của Echo Environmental, cho biết công nhân Echo nhận được hơn 1 triệu pound tấm pin mặt trời từ các nhà sản xuất và các công ty khác mỗi năm. Đầu tiên họ tháo khung nhôm và cắt dây để tái chế.
Sau đó, Echo sẽ cắt nhỏ mô-đun và sử dụng quy trình phay để tách một phần kính sạch, phần kính này được bán để làm vật liệu cách nhiệt bằng sợi thủy tinh và sơn phản chiếu. Các vật liệu chứa kim loại còn lại được trộn vào các bảng mạch cắt nhỏ từ các sản phẩm điện tử rồi vận chuyển đi nấu chảy.
Điều làm phức tạp phương trình phế liệu là thực tế là một số loại tấm được coi là nguy hiểm do nồng độ kim loại độc hại. Bộ Y tế và Kiểm soát Môi trường Nam Carolina đã đưa ra một tờ thông tin liệt kê các loại khác nhau có thể được coi là nguy hiểm và chỉ ra rằng các tấm vô hại có thể được xử lý tại bãi chôn lấp chất thải rắn của thành phố.
Trong số các loại cần xử lý đặc biệt, pin màng mỏng hiếm hơn tấm silicon tinh thể. First Solar là nhà sản xuất tấm pin mặt trời và đã thực hiện chương trình tái chế từ năm 2005 để sản xuất mô-đun pin mặt trời màng mỏng cadmium Telluride. Theo First Solar, quy trình tái chế bao gồm băm nhỏ và nghiền trong máy nghiền búa. Sau đó, tấm EVA được tách ra khỏi kính sạch. Ngoài ra, các công ty bên thứ ba thực hiện quy trình kết tủa kim loại để thu hồi cadmium và Tellurium.
McGuire của Echo cho biết do kim loại nguy hiểm và các yêu cầu xử lý bổ sung, Echo khuyến nghị khách hàng của mình gửi pin màng mỏng chứa cadmium trực tiếp đến cơ sở tái chế của First Solar ở Ohio.
Ông chỉ ra rằng nhìn chung, các thử nghiệm của Echo cho thấy các tấm pin khác không phải là chất thải nguy hại. Nhưng chúng vẫn cần được xử lý cẩn thận.
McGuire nói: “Các mô-đun quang điện thông thường của bạn sẽ không có nhiều tác động nguy hiểm, nhưng tương tự như các sản phẩm điện tử, chúng tôi chắc chắn không muốn chúng lấp đầy các bãi chôn lấp của chúng tôi”.
Orben của We Recycle Solar cho biết các thử nghiệm của công ty ông cho thấy theo Đạo luật tái chế và bảo tồn tài nguyên liên bang (RCRA), hơn 2/3 số tấm pin được coi là chất thải nguy hại do nồng độ chì hoặc bạc trong chúng. Theo tiêu chuẩn của California, khoảng 90% các tấm tương tự được coi là nguy hiểm vì ngay cả khi chúng không vượt quá hàm lượng chì hoặc bạc cho phép, chúng vẫn vượt quá giới hạn của tiểu bang đối với đồng hoặc kẽm.
Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ, nhà máy Yuma tái chế năng lượng mặt trời của chúng tôi có giấy phép xử lý chất thải nguy hại, trong đó nêu rõ chất thải ăn mòn, cadmium, chì và bạc được xử lý tại đó.
Ngoài việc xem xét các vật liệu nguy hiểm, việc tái chế các tấm pin mặt trời cũng phải đối mặt với những thách thức về tính khả thi về mặt kinh tế.
Theo báo cáo tháng 3 năm 2021 từ Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREL) và Viện Nghiên cứu Năng lượng Điện, 'Các công nghệ, cơ sở hạ tầng và quy trình hiện tại liên quan đến tái chế mô-đun quang điện không được tối ưu hóa để tái chế các vật liệu có giá trị cao một cách hiệu quả về mặt chi phí. 'Kết quả là chi phí tái chế thường được bù đắp bằng các phương pháp xử lý rẻ hơn và dễ tiếp cận hơn.'
Orben cho biết chi phí xử lý mỗi tấm pin của We Recycle Solar cao tới 25 USD và trị giá từ 2 đến 4 USD từ nhôm, đồng, chì, thủy tinh, bạc và silicon. Ông nói rằng các OEM hiện đang giảm nhẹ và sử dụng kim loại có giá trị thấp hơn để tạo ra thế hệ sản phẩm mới hiệu quả hơn. Đây là tin tốt từ quan điểm của các nhà sản xuất và người tiêu dùng chứ không phải cho các nhà tái chế.
Đồng thời, Orben không kỳ vọng chi phí xử lý sẽ giảm đáng kể trong tương lai do tính kinh tế theo quy mô. Nhiều chi phí vẫn sẽ liên quan đến lao động và người ta dự đoán rằng lao động sẽ chỉ trở nên đắt đỏ hơn.
Ông chỉ ra rằng khi giải pháp thay thế là xử lý chất thải nguy hại, vẫn có những động cơ kinh tế để các chủ nguồn thải trả tiền cho các tấm tái chế, nhưng khi có các bãi chôn lấp chất thải rắn đô thị rẻ hơn, hiệu ứng này sẽ biến mất.
Ngoài ra, Orben chỉ ra rằng không phải tất cả các nhà sưu tập đều hiểu được tính kinh tế của việc xử lý vật liệu đúng cách, điều này đã tạo ra áp lực chi phí ngay từ đầu.
Chúng tôi Tái chế Năng lượng mặt trời thường nhận được cuộc gọi từ các trạm trung chuyển, bãi chôn lấp và các nhà tái chế khác chấp nhận các tấm pin mặt trời miễn phí hoặc với giá thấp (ví dụ: 10 xu mỗi pound) vì họ cho rằng chúng chứa nhiều vật liệu có giá trị.
McGuire của Echo Environmental cho biết thêm, giá trị thương mại của tấm pin mặt trời chủ yếu thể hiện ở khung nhôm, các sản phẩm dây và kính sạch cũng tạo ra một khoản thu nhập nhất định.
Quy trình trộn vật liệu tế bào quang điện đã vụn của Echo với chất thải của bảng mạch vụn được vận chuyển đến nhà máy luyện kim làm giảm giá trị của hỗn hợp bảng mạch vài xu mỗi pound, nhưng phương pháp này cũng giúp vật liệu tránh xa bãi chôn lấp và cho phép tái chế. Kim loại cũng bù đắp cho nhu cầu cho chất trợ từ các lò luyện kim, ông nói.
Shegerian của ERI chỉ ra rằng hiện tại, nhà máy Fresno của công ty ông là nhà máy duy nhất của ERI xử lý các tấm pin mặt trời. Nhưng các cơ sở khác của ERI trên toàn quốc nhận được cuộc gọi về việc tái chế tấm pin mặt trời mỗi ngày.
Shegerian nói: “Cơ hội là rất lớn, nhưng để thực hiện đúng cách sẽ tốn rất nhiều tiền”.
Các tấm pin mặt trời được thiết kế để tạo ra điện trong nhiều thập kỷ, vì vậy việc bán lại các tấm pin đã qua sử dụng có thể là lựa chọn tốt nhất về kinh tế và thân thiện với môi trường, và việc trao đổi này đã xảy ra.
Đồng thời, các nhà chế biến cho biết, một số lực lượng chính sách thị trường và thuế nhất định cũng phản đối việc tái sử dụng.
McGuire cho biết Echo có khả năng kiểm tra năng lượng đầu ra của các tấm pin đã qua sử dụng để có thể bán lại. Ông nói rằng điều này có hiệu quả đối với các mô-đun có giá trị cao hơn và chỉ ra rằng có các thị trường quốc tế cho các mô-đun đã qua sử dụng cũng như các dự án sản xuất một lần trong nước.
Nhưng ông chỉ ra rằng những tấm không vượt qua cuộc kiểm tra kiểm soát chất lượng của nhà sản xuất sẽ không được bán lại. McGuire cho biết khi các nhà thầu thực hiện việc tháo rời, tập hợp và vận chuyển các tấm pin mặt trời đến Echo, điều thường xảy ra là các loại tấm khác nhau không khớp nhau, gây khó khăn cho việc duy trì lượng hàng tồn kho nhất quán.
Ngoài ra, tốc độ đổi mới tấm pin còn cản trở việc bán lại vì giá của tấm pin mới sẽ giảm khi hiệu suất tăng lên. Theo dữ liệu từ Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ, giá trị trung bình của các mô-đun quang điện được xuất xưởng vào năm 2019 (năm gần đây nhất có dữ liệu) là 41 xu mỗi watt sản lượng điện cao điểm. Mười năm trước, giá trung bình là 2,79 USD cho mỗi watt điện cực đại.
Chúng tôi tái chế năng lượng mặt trời và bán lại thiết bị năng lượng mặt trời. Nhưng Orben cũng so sánh vấn đề này với vấn đề mà một số lĩnh vực nhất định của thị trường điện tử phải đối mặt. Orben nói: “Sở hữu một bảng điều khiển vẫn còn được sản xuất cách đây 15 năm cũng giống như sở hữu Pentium 3 ngày nay”.
Điều cản trở hơn nữa thị trường thứ cấp là chính sách thuế của Hoa Kỳ. McGuire chỉ ra rằng chính phủ liên bang cung cấp các khoản tín dụng thuế cho những chủ nhà lắp đặt hệ thống quang điện mới - đến năm 2021, khoản tín dụng này sẽ bằng 26% chi phí của hệ thống.
McGuire nói: “Đó thực sự là một môi trường cạnh tranh không cân bằng, bởi vì bạn không thể nhận được tín dụng thuế đối với các mô-đun đã qua sử dụng”.
Theo dữ liệu từ Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ, lô hàng tấm pin mới đã tăng đáng kể trong 15 năm qua. Năm 2019, các lô hàng mô-đun quang điện đủ để tạo ra hơn 16 triệu kilowatt công suất cực đại, tăng gần 14 lần so với lô hàng 10 năm trước.
Do những cải tiến về hiệu suất và giảm chi phí của các tấm pin mới, nhiều tấm trong số chúng sẽ ngừng hoạt động trước khi hết thời gian sử dụng (Shegerian của ERI cho biết vì lợi tức đầu tư quá hấp dẫn nên các nhà sản xuất điện có thể thay thế chúng sau 5 năm hoặc ít hơn ).
Báo cáo của Cơ quan Năng lượng tái tạo Quốc tế (IRENA) và Chương trình Hệ thống Phát điện Quang điện (IEA-PVPS) của Cơ quan Năng lượng Quốc tế ước tính đến năm 2050, lượng chất thải tấm quang điện tích lũy toàn cầu sẽ đạt 60-78 triệu tấn. Trên 43.500-250.000 tấn năm 2016.
Báo cáo kêu gọi áp dụng các biện pháp như quy định cụ thể về chất thải quang điện. Một số điều đó đã xảy ra rồi. Ví dụ, Châu Âu đã thông qua luật buộc các nhà sản xuất tấm pin mặt trời phải tài trợ cho việc thu gom và tái chế sản phẩm của họ.
Năm 2017, Bang Washington đã trở thành bang đầu tiên thông qua dự luật thiết lập chương trình Trách nhiệm mở rộng của nhà sản xuất (EPR) đối với các tấm pin mặt trời. Bắt đầu từ tháng 7 năm 2023, luật sẽ yêu cầu các nhà sản xuất cung cấp kinh phí cho việc thu gom và tái chế các tấm pin.
