Đừng tưởng công nghệ năng lượng mặt trời là hoàn toàn sạch

Pin năng lượng mặt trời (pin mặt trời (PMT)/pin quang điện) là thiết bị dùng để chuyển hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện dựa trên hiệu ứng quang điện. Ra đời từ năm 1946, PMT đã trở thành một trong những phát minh quan trọng nhất trong nền công nghiệp năng lượng.

Ngoài là một nguồn năng lượng tái tạo với tiềm năng thay thế hoàn toàn các loại năng lượng hóa thạch truyền thống, năng lượng mặt trời có nhiều ưu thế như có thể được tiếp nhận và sử dụng ở mọi nơi (kể cả núi cao, đảo xa, trong không gian…); việc vận chuyển, lắp đặt và vận hành các bản PMT về cơ bản không phát thải các loại khí độc hại; không gây tiếng ồn; chi phí bảo trì, duy tu rất thấp…

Một cơ sở pin mặt trời ở Trung Quốc.

So với các loại năng lượng khác, điện mặt trời thân thiện với môi trường hơn, tuy nhiên, giá cả ắc quy tích trữ điện vẫn còn khá cao, một số quy trình công nghệ chế tạo và tái chế PMT cũng đi kèm với việc phát thải các loại khí nhà kính. Các tác động tiềm ẩn về môi trường liên quan đến năng lượng mặt trời là các tác động sử dụng đất, sinh thái, nước, không khí và đất, cùng các tác động về kinh tế xã hội (tùy thuộc vào công nghệ).

Việc xây dựng các cơ sở năng lượng mặt trời trên diện tích đất rộng đòi hỏi các giải pháp về mặt bằng, làm đất xói mòn, thay đổi hệ thống thoát nước... Các cơ sở năng lượng mặt trời quy mô lớn cũng có thể có những tác động khác, như ảnh hưởng đến tình trạng kinh tế xã hội của một khu vực; xây dựng và vận hành cơ sở sẽ đòi hỏi việc nhập cư của người lao động, ảnh hưởng đến nhà ở, dịch vụ công và việc làm, các tác động môi trường...

Khi sản xuất PMT, nguyên liệu ban đầu là thạch anh được nhiệt luyện để tinh chế thành silicon nguyên chất. Sau đó, silicon được tinh luyện cùng với các hóa chất để tạo ra những khối silicon đa tinh thể và chất thải silicon tetrachloride (SiCl4). Nếu SiCl4 không được tái sử dụng mà thải ra môi trường thì sẽ gây nguy cơ axit hóa đất đai, nguồn nước. Nhiều hợp chất để tạo ra pin quang điện như cadmium telluride (CdTe), đồng indium gallium selenide (CIGS)… rất khó tìm trong tự nhiên. Chính vì thế, việc sản xuất đại trà PMT cũng gặp khá nhiều khó khăn, điều này dẫn đến sự gia tăng chi phí.

Không chỉ các kim loại nặng độc hại, quá trình sản xuất các tấm quang điện còn cần đến một lượng lớn nước và điện-những thứ hiển nhiên được lấy từ các nhà máy dùng nhiên liệu hóa thạch. Việc sản xuất PMT phát thải ra một lượng khí carbonic (CO2), lưu huỳnh dioxit (SO2), nitơ trifluoride (NF3), hexaflorua lưu huỳnh (SF6), tetrafluoromethane (CHF3-khí tồn tại lâu nhất trong số khí nhà kính), dung môi và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi khác.

Nhà máy quang điện Crescent Dune tại Las Vegas (Mỹ).

Sự phát triển của ngành công nghiệp PMT cùng với việc sử dụng hóa chất nguy hiểm, thải khí nhà kính có thể khơi nguồn cho một loạt các vấn đề môi trường mới mà các thế hệ con cháu của chúng ta phải đối đầu.

Một nghiên cứu vào năm 2009 của Silicon Valley Toxics Coaliation (SVTC)-tổ chức phi lợi nhuận chuyên nghiên cứu về các tác động của chất thải độc hại từ các ngành công nghiệp công nghệ cao đối với sức khỏe con người cho rằng, vấn đề khiến năng lượng mặt trời không sạch nằm ở vòng đời của những tấm pin quang điện, cụ thể là khi chúng được tạo ra và khi được thải bỏ. Đến năm 2017, Trung Quốc là quốc gia có số lượng nhà máy điện mặt trời lớn nhất thế giới, với tổng công suất lên tới gần 80 gigawatts vào 2016, gần gấp đôi so với Mỹ.

Tuy nhiên, trong khi các tấm PMT có tuổi thọ chỉ 20-30 năm, Trung Quốc lại chưa có kế hoạch “nghỉ hưu” cho chúng. Hiệp hội Năng lượng Tái tạo Trung Quốc ước tính, đến năm 2034, các tấm PMT lão hóa của nước này sẽ lên đến con số 70 gigawatts-gấp 3 lần so với công suất dự án thủy điện lớn nhất thế giới Tam Hiệp; tới năm 2040, khối lượng các tấm PMT quá hạn sử dụng của nước này dự kiến sẽ lên tới 20 triệu tấn-tương đương gấp 2.000 lần trọng lượng của tháp Eiffel.

Nếu không có kế hoạch xử lý các tấm pin năng lượng mặt trời “lão hóa”, Trung Quốc có thể sẽ phải đối mặt với thảm họa môi trường khủng khiếp trong chưa đầy 20 năm tới. Các nhà máy điện mặt trời của Trung Quốc đa phần được đặt tại những vùng sâu, vùng xa như Gobi ở Mông Cổ, trong khi các công ty tái chế chủ yếu nằm ở những nơi phát triển dọc vùng duyên hải. Do đó, việc vận chuyển các tấm PMT thải trên quãng đường xa như vậy cũng vô cùng tốn kém.

Các nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm quốc gia Argonne tại Illinois và đại học Northwestern đã phát hiện ra rằng, lượng carbon thải ra từ các nhà máy sản xuất tấm quang điện tại Trung Quốc cao gấp đôi so với các nhà máy tại châu Âu. Nếu như các tấm quang điện này được sản xuất và đồng thời được lắp đặt tại Trung Quốc thì hàm lượng carbon thải ra từ năng lượng được sử dụng và năng lượng tiết kiệm từ pin quang điện sẽ được cân bằng.

Tuy nhiên, những tấm quang điện sản xuất tại Trung Quốc rốt cuộc được bán ra thị trường phương Tây. Điều này có nghĩa hàm lượng carbon thải ra từ hoạt động sản xuất ở Trung Quốc không được cân bằng, và Trung Quốc sẽ phải mất rất nhiều thời gian hơn để đối phó với tình trạng ô nhiễm.

Không những thế, các tấm năng lượng mặt trời không thể được trữ tại các bãi phân loại rác mà không có rủi ro gây ô nhiễm toàn bộ khu vực; việc tháo dỡ các tấm năng lượng ra để tái chế là một quy trình hết sức vất vả và nhìn chung không có lợi nhuận. Giá silicon tinh thể hiện khoảng 13 USD/kg và được dự báo sẽ giảm khoảng 30% trong 10 năm tới, do đó, trong tương lai, silicon tái chế sẽ càng khó bán. Việc phân loại và xử lý rác tốn chi phí lớn cho lao động và điện năng, chưa kể các hóa chất như acid sinh ra trong quá trình tái chế cũng gây hại cho môi trường.

Hiện nay, việc tái chế các tấm PMT đang đối mặt với một số vấn đề lớn, cụ thể, không có đủ địa điểm để tái chế các tấm PMT cũ, và không có đủ số lượng các tấm PMT thải để làm cho chúng trở nên hấp dẫn về mặt kinh tế. Vì các vật liệu được sử dụng để sản xuất tấm pin quang điện là kim loại quý hiếm, hạn chế về việc tái chế chúng, các kim loại có khả năng thu hồi này sẽ bị lãng phí, dẫn đến các vấn đề khan hiếm tài nguyên trong tương lai.

Trang trại năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới mới được hoàn thành của Trung Quốc.

Một báo cáo từ nhóm ủng hộ năng lượng hạt nhân Environment Progress (EP) đã cho rằng, PMT có thể sản sinh ra lượng chất thải độc hại để sản xuất mỗi đơn vị điện nhiều hơn cả các lò phản ứng hạt nhân. Những rủi ro của chất thải hạt nhân là không phải bàn cãi nhưng hoàn toàn có thể được chuẩn bị trước, tuy nhiên, cho đến nay, hầu như vẫn chưa có phương pháp tối ưu để giảm thiểu các vấn đề mới phát sinh về chất thải độc của PMT.

Các chuyên gia cũng chỉ ra rằng, chất thải hạt nhân với rủi ro phóng xạ cao nhất cũng phân rã khá nhanh, trong khi chất thải năng lượng mặt trời sẽ còn tồn đọng trong môi trường trong khoảng thời gian dài hơn rất nhiều. Một số nghiên cứu cũng cho thấy, các tấm PMT thậm chí cũng không phải là giải pháp hữu hiệu để giảm thiểu hiệu ứng nhà kính, trong khi, đó lại là lý do quan trọng nhất để ủng hộ công nghệ này.

Theo Science World Report, CO2 chiếm 82% lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính tại Mỹ nhưng dường như ít nghiêm trọng hơn so với NF3-một loại khí thải phát tán ra không khí trong quá trình làm sạch silicon dùng cho PMT, chất bán dẫn và màn hình tinh thể lỏng. Tại nước Mỹ, lượng CO2 chỉ tăng 5,6% nhưng lượng khí thải NF3 đã gia tăng lên 1.057% trong vòng 25 năm trở lại đây. NF3 có thể tồn tại trong không khí hàng trăm năm, và mạnh hơn CO2 tới 17.200 lần trong việc gây ra hiệu ứng nhà kính.

Để hạn chế tác động đến môi trường trong quá trình sản xuất pin mặt trời, tại Châu Âu, một số công ty đã thiết kế được dây chuyền công nghệ cho phép thu hồi hơn 90% số lượng vật liệu độc hại trong PMT. Tuy giá cả của công nghệ này còn khá cao, nhưng cũng giúp các nhà đầu tư có thêm sự lựa chọn nhằm loại bỏ nguy cơ gây ô nhiễm môi trường từ điện mặt trời.

Việc lựa chọn công nghệ nói chung, công nghệ sản xuất năng lượng mặt trời nói riêng phụ thuộc rất nhiều vào hiệu quả kinh tế, kỹ thuật, xã hội…, và quan trọng là phải cân nhắc, xem xét một cách toàn diện chu trình vòng đời của công nghệ nhằm đánh giá khách quan những tác động môi trường mà công nghệ đó mang lại. Mục tiêu kế tiếp của con người là tìm ra giải pháp để PMT trở thành một thứ năng lượng thực sự xanh, thực sự tốt cho môi trường, hơn hẳn so với các loại năng lượng truyền thống khác.