Mặt tối của năng lượng mặt trời

Các cân nhắc của giới khoa học-kỹ thuật

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 - có thể được tiếp nhận và sử dụng ở mọi nơi; việc vận chuyển, lắp đặt và vận hành các bản pin mặt trời (PMT) về cơ bản không phát thải các loại khí độc hại; không gây tiếng ồn; chi phí bảo trì, duy tu rất thấp… Pin năng lượng mặt trời (pin mặt trời/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.

So với các loại năng lượng khác, điện mặt trời thân thiện với môi trường hơn, tuy nhiên, giá 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 cùng các tác động tiềm ẩn về môi trường liên quan đến sử dụng đất, nước, sinh thái, cùng các tác động về kinh tế xã hội... Việc 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 có silicon đa tinh thể cùng chất thải silicon tetrachloride, mà nếu thải ra môi trường, 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 hiếm trong tự nhiên, việc sản xuất đại trà cũng gặp nhiều khó khăn, 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, sẽ phát thải 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.

Một nghiên cứu vào năm 2009 của 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 Silicon Valley Toxics Coaliation (SVTC) cho rằng, vấn đề khiến năng lượng mặt trời không “sạch” nằm ở vòng đời của những tấm pin quang điện, không chỉ khi chúng được tạo ra mà cả sau khi bị thải bỏ.

Các tấm PMT được trữ tại các bãi phân loại rác với rủi ro gây ô nhiễm 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 thập kỷ tới, do đó, 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 PMT đang đối mặt với một số vấn đề lớn, cụ thể, không có đủ địa điểm tái chế, và không có đủ số lượng các tấm PMT thải để làm cho chúng trở nên hấp dẫn về mặt kinh tế, trong khi các vật liệu được sử dụng để sản xuất tấm pin quang điện gồm kim loại quý hiếm, hạn chế về việc tái chế chúng sẽ bị lãng phí, dẫn đến các vấn đề khan hiếm tài nguyên trong tương lai.

Một báo cáo từ nhóm ủng hộ năng lượng hạt nhân Environment Progress (EP) 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. 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.

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 do chất thải độc của PMT. Một số nghiên cứu đã cho thấy, 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 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. Tại 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.

Cân nhắc của các nhà kinh tế

Theo trang hbr.org, ở Mỹ, việc lắp đặt các tấm PMT tại nhà đã hoàn toàn phục hồi sau sự sụt giảm do đại dịch Covid-19, với hơn 19 gigawatt (GW) tổng công suất được lắp đặt, so với 13 GW vào cuối năm 2019, và trong 10 năm tới, con số đó được dự đoán có thể tăng gấp 4 lần, chưa tính đến tác động của các quy định và khuyến khích mới thân thiện với môi trường có thể được chính quyền Biden đưa ra, cũng như sự cải thiện hiệu suất chuyển đổi của các tấm panel.

Các biện pháp kinh tế đang được áp dụng để khuyến khích khách hàng đổi các tấm pin hiện có của họ lấy các mẫu mới hơn, rẻ hơn, hiệu quả hơn. Ba biến số đặc biệt quan trọng trong việc xác định quyết định thay thế là giá lắp đặt, tỷ lệ lợi nhuận khi hòa điện mặt trời vào lưới điện, và hiệu suất mô-đun. Nếu chi phí giao dịch đủ thấp, hiệu quả và tỷ lệ lợi nhuân đủ cao, nhà sở hữu PMT sẽ thực hiện chuyển đổi, bất kể PMT hiện có của họ đã tồn tại đủ tuổi thọ 30 năm hay chưa.

Các dự báo chính thức của Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế (IRENA) khẳng định, “lượng lớn chất thải hàng năm được dự đoán vào đầu những năm 2030” và có thể đạt tổng cộng 78 triệu tấn vào năm 2050. Nếu việc thay thế sớm xảy ra như dự đoán của mô hình thống kê, chúng có thể tạo ra lượng rác thải gấp 50 lần chỉ trong bốn năm so với dự đoán của IRENA, tương đương với khoảng 315.000 tấn chất thải, dựa trên ước tính tỷ lệ trọng lượng trên công suất ước tính là 90 tấn/MW. Với công suất hiện tại, chi phí tái chế một tấm panel ước tính khoảng 20-30 USD.

Tuy nhiên, PMT là những thiết bị tinh vi, cồng kềnh, thường được lắp đặt trên các mái nhà ở, cần phải có lao động chuyên môn để gỡ và loại bỏ chúng, tránh để chúng vỡ ra thành các mảnh vụn trước khi đưa lên xe tải. Một số chính phủ có thể phân loại các tấm PMT là chất thải độc hại, do chúng chứa một lượng nhỏ kim loại nặng (cadmium, chì,...), kéo theo một loạt các hạn chế tốn kém - chỉ có thể được vận chuyển vào những thời điểm và qua các tuyến đường được quy định... Tổng cộng những chi phí không lường trước được này có thể bóp chết khả năng cạnh tranh của ngành.

Không yếu tố nào trong số này làm dấy lên nghi ngờ về tương lai hoặc sự cần thiết của năng lượng tái tạo. 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 và không để khơi nguồn một loạt các vấn đề môi trường mới mà các thế hệ con cháu của chúng ta phải đối diện. Một chiến lược để gia nhập nền kinh tế tuần hoàn là hoàn toàn cần thiết và cần được hoạch định càng sớm càng tốt./.