Trong những năm gần đây, nhu cầu năng lượng cho phát triển kinh tế - xã hội của mọi quốc gia trên toàn thế giới không ngừng tăng lên, đặc biệt là đối với các nước đang phát triển. Trong khi đó, nguồn năng lượng truyền thống (năng lượng hóa thạch) đã bị khai thác cạn kiệt. Điều quan ngại hơn là nguồn năng lượng này phát thải khí nhà kính, gây ô nhiễm môi trường nặng nề đến mức đã làm cho khí hậu Trái đất bị biến đổi, đe dọa sự sinh tồn của mọi động, thực vật trên Trái đất.

Trước bối cảnh đó, việc tìm kiếm các nguồn năng lượng mới, năng lượng sạch, là xu hướng tất yếu trên toàn thế giới. Các nguồn và công nghệ thỏa mãn các yêu cầu nói trên chính là các nguồn và công nghệ năng lượng tái tạo. Tỷ trọng năng lượng tái tạo trong tổng sản xuất và tiêu thụ năng lượng trên thế giới không ngừng tăng lên nhanh chóng. Theo số liệu năm 2018, tỷ lệ điện năng lượng tái tạo trong tổng sản xuất điện trên toàn thế giới là 26,2%.

Trong vài thập niên gần đây, trong khi công suất lắp đặt thủy điện và điện gió tăng không đáng kể, thậm chí không tăng, thì ngược lại, công suất lắp đặt điện mặt trời tăng rất nhanh, với tốc độ tăng trung bình đạt trên 40%/năm. Hiện nay, điện mặt trời đứng vị trí thứ 3 về tổng công suất lắp đặt (sau thủy điện và điện gió), với các ưu điểm nổi trội là: Tính kinh tế của công nghệ này ngày càng tốt và đến nay đã có thể cạnh tranh được với năng lượng hóa thạch; Công nghệ đơn giản, tin cậy; Năng lượng mặt trời phân bố khá đều trên bề mặt Trái đất, nên quốc gia nào, khu vực nào cũng có thể khai thác, sử dụng.

Năm 2018, tổng công suất lắp đặt điện mặt trời trên thế giới là 505 GW. Theo dự báo, đến năm 2030 và đến 2050, tổng công suất này sẽ lần lượt là 2.630 GW và 6.400 GW. Về sản lượng điện, theo dự báo, đến năm 2050, cơ cấu sản lượng điện năng lượng tái tạo như sau: điện mặt trời chiếm 35,8%; Điện gió trên bờ: 24,3%; Điện gió ngoài khơi: 12,1%; Thủy điện: 12,4% và các nguồn điện năng lượng tái tạo khác: 15,4%. Như vậy có thể nói, từ sau năm 2030, điện mặt trời sẽ giữ vị trí số một trong các nguồn điện năng lượng tái tạo.

Năng lượng tái tạo là xu thế tất yếu

Năng lượng mặt trời có lượng khí thải carbon cực thấp và không tạo ra bất kỳ khí thải nhà kính nào. Thay vào đó, nó dựa vào một quá trình tự nhiên được gọi là quang hợp để tạo ra điện mà không thải các chất ô nhiễm như carbon dioxide vào khí quyển. Để đạt được điều này, các tấm pin mặt trời sử dụng bức xạ mặt trời từ mặt trời để tạo ra nhiệt, sau đó được chuyển thành điện năng. Điều này làm cho năng lượng mặt trời trở thành một trong những nguồn năng lượng thân thiện với môi trường nhất hiện có, vì nó hầu như không ảnh hưởng đến môi trường và có khả năng cung cấp năng lượng sạch cho gia đình và doanh nghiệp.

Hơn nữa, việc lắp đặt các tấm pin mặt trời trên mái nhà và các khu vực khác mang lại nhiều lợi ích cho cộng đồng. Nó giúp giảm hóa đơn tiền điện, tạo việc làm trong ngành năng lượng tái tạo và đóng góp vào một môi trường trong lành hơn bằng cách cắt giảm mức độ ô nhiễm không khí.

Năng lượng mặt trời đang nhanh chóng trở thành một trong những nguồn năng lượng tái tạo phổ biến nhất trên thế giới, với các quốc gia như Nhật Bản, Trung Quốc và Hoa Kỳ dẫn đầu về sản xuất năng lượng mặt trời. Với việc ngày càng có nhiều người nhận ra tiềm năng của năng lượng mặt trời và khả năng giảm phát thải khí nhà kính, có khả năng xu hướng này sẽ chỉ tiếp tục trong tương lai.

Những lợi ích về môi trường của năng lượng mặt trời là không thể phủ nhận, và khi có nhiều tiến bộ hơn trong công nghệ, năng lượng mặt trời sẽ trở thành một lựa chọn khả thi hơn nữa để cung cấp năng lượng sạch và có thể tái tạo. Điều này có nghĩa là thay vì dựa vào nhiên liệu hóa thạch như than đá hoặc khí đốt tự nhiên để tạo năng lượng, các tấm pin mặt trời là một giải pháp thay thế hiệu quả và sạch sẽ.

Sử dụng các tấm pin mặt trời có thể làm giảm lượng khí carbon dioxide và các loại khí nhà kính khác được thải vào khí quyển do đốt cháy nhiên liệu hóa thạch. Hơn nữa, năng lượng mặt trời có thể tái tạo, nghĩa là nó sẽ không bao giờ cạn kiệt, trong khi nhiên liệu hóa thạch là nguồn tài nguyên hữu hạn và cuối cùng sẽ cạn kiệt.

Các tấm pin mặt trời có thể giúp giảm tác động của các hoạt động này bằng cách cung cấp năng lượng sạch, có thể tái tạo mà không cần tài nguyên thiên nhiên để sản xuất. Bằng cách dựa vào năng lượng mặt trời thay vì đốt nhiên liệu hóa thạch như than đá và dầu mỏ, những người sử dụng tấm pin mặt trời có thể giảm đáng kể lượng khí thải carbon của họ đồng thời bảo tồn các nguồn tài nguyên thiên nhiên đang cạn kiệt của trái đất.

Ngoài ra, các tấm pin mặt trời có thể được sử dụng để sản xuất điện ở những vùng sâu vùng xa, nơi không có cơ sở hạ tầng nhiên liệu hóa thạch, tiếp tục giảm sự phụ thuộc vào các nguồn tài nguyên hữu hạn như than đá và dầu mỏ.

Điện mặt trời có tiềm năng phát triển rất lớn

Những lợi ích mà năng lượng mặt trời mang lại là không thể phủ nhận. Từ việc giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đến cải thiện chất lượng không khí, những ưu điểm về môi trường của năng lượng mặt trời khiến nó trở thành đối thủ nặng ký trong cuộc đua giành các nguồn năng lượng bền vững. Tuy nhiên, vẫn còn một số nhược điểm cần được giải quyết trước khi nó có thể trở thành nguồn năng lượng chính. Một trong những vấn đề môi trường lớn với các tấm pin mặt trời là quy trình sản xuất và công tác xử lý về sau của chúng.

Giống như mọi loại vật chất, để sản xuất nên pin mặt trời đều cần nguyên liệu thô. Đối với pin mặt trời, có nhiều vật liệu để cấu thành nên nhưng chủ yếu từ loại silicon đặc biệt. Đây là vật liệu phong phú nhất trên Trái đất. Trong hầu hết trường hợp, nguồn silicon thô ở dạng silicon dioxide hay còn gọi là silica. Silica, tương tự như amiăng, chúng có thể tiềm ẩn nguy cơ sức khỏe nếu con người hít phải các hạt nhỏ này như bệnh bụi phổi silic. Cũng như bệnh bụi phổi amiăng, bụi phổi silic có thể gây suy phổi và tử vong. Trong khi sản xuất pin mặt trời, silica cần được tinh chế thành dạng tinh khiết hơn như silicon cấp luyện kim. Điều quan trọng cần lưu ý là vật liệu này được sử dụng cho nhiều thành phần điện nhưng là thành phần chính trong sản xuất bảng điều khiển năng lượng mặt trời.

Quá trình sản xuất loại silicon này diễn ra trong các lò nung khổng lồ, tiêu tốn nhiều năng lượng để duy trì hoạt động. Trong hầu hết trường hợp, năng lượng được cung cấp thông qua quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch trực tiếp hoặc các trạm phát điện cung cấp cho lưới điện. Điều này đặc biệt đúng với những quốc gia vẫn phụ thuộc nhiều vào nhiên liệu hóa thạch để sản xuất điện.

Bản thân quá trình sản xuất silic cấp luyện kim cũng tạo ra nhiều khí độc hại như SO2, N20, CO2… Mặc dù phát thải ở mức độ tương đối thấp nhưng nếu sản xuất với quy mô lớn có thể tạo ra đáng kể lượng chất này (ví dụ như mưa axit…)

Việc sản xuất pin mặt trời không dừng lại ở đó, để chế tạo bảng điều khiển năng lượng mặt trời còn cần thêm một số bước như đúc khuôn polysilicon sau đó tạo thành các tấm mỏng. Các tấm silicon mỏng sau đó được pha trộn với nhiều chất như gali, cadmium, asen, antimon, bitmut, lithium, v.v., để có thể tạo hiệu ứng quang điện. Hầu hết trong số này theo đúng nghĩa của chúng đều có khả năng nguy hiểm cho môi trường. Quá trình này cũng cần sử dụng phosphoryl clorua có độc tính cao và khả năng ăn mòn lớn. Không chỉ vậy, các bước này còn sử dụng nhiều hóa chất nguy hiểm hơn, trong đó có axit flohydric. Đây là một trong những loại axit mạnh nhất trên thế giới và rất nguy hiểm nếu không được xử lý đúng cách. Hiện nay có thể thay thế axit flohydric bằng natri hydroxit nhưng hóa chất này cũng có những vấn đề cố hữu của riêng nó.

Sản xuất bảng PV còn tiêu tốn rất nhiều nước. Nước được sử dụng cho nhiều mục đích trong quá trình, từ làm mát, xử lý hóa chất cũng như ngăn chặn ô nhiễm không khí. Để cung cấp cho bạn một cái nhìn sơ bộ về lượng nước sử dụng thì cứ 230 – 550 megawatt có thể “ngốn” tới 1,5 tỷ lít nước để kiểm soát bụi trong quá trình sản xuất. Họ cũng có thể sử dụng đến 26 triệu lít nước hàng năm để rửa bảng điều khiển trong quá trình hoạt động. Nếu lượng nước ngầm hoặc nước mặt bị tiêu tốn nhiều sẽ tác động trực tiếp đến môi trường.

Điện năng được chuyển đổi từ ánh sáng mặt trời có thể coi là “xanh” nhưng có một số mặt trái khi đặt các tấm bảng điều khiển ngoài môi trường. Ví như việc lắp đặt tấm pin mặt trời quy mô lớn cần nhiều không gian. Điều này có thể tác động đến hệ sinh thái địa phương trong thời gian ngắn nhưng cũng có thể ảnh hưởng lâu dài đến môi trường sống của các loài động thực vật bản địa.

Việc giải phóng mặt bằng quy mô lớn để lắp đặt tấm pin mặt trời thường dẫn đến việc nén chặt đất và thay đổi các kênh thoát nước tự nhiên. Nếu không có các thảm thực vật tự nhiên thì có thể dẫn đến sự gia tăng xói mòn đất và nước chảy trên bề mặt. Cũng giống như nạn phá rừng, điều này có thể gây hại cho hệ sinh thái địa phương về lâu dài.

Rác thải pin mặt trời ảnh hưởng tới môi trường sống

Ngoài ra, các tấm pin mặt trời có chứa một số chất lỏng khá nguy hiểm để truyền nhiệt từ bảng điều khiển. Một số khác, hệ thống đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời quy mô gia đình thường sử dụng chất chống đông có độc tính thấp như polypene glycol. Những đường ống, máy bơm hay các thiết bị phụ trợ khác có thể bị hỏng theo thời gian dẫn đến rò rỉ các chất lỏng ra môi trường và có thể gây hại.

Việc thải bỏ các tấm pin mặt trời cũng là một vấn đề nan giải và gặp nhiều khó khăn. Về lý thuyết, thời gian phát điện của tấm pin mặt trời là khoảng 25 năm. Sau thời gian phát điện này, nó trở thành “tấm pin mặt trời hết thời hạn phục vụ” hay “tấm pin mặt trời phế thải”. Do điện mặt trời phát triển rất nhanh, nên số lượng các tấm pin mặt trời được lắp đặt là rất lớn. Cụ thể như, nếu sử dụng tấm pin mặt trời phổ biến trên thị trường hiện nay là loại 300 W/tấm, thì với công suất điện mặt trời thế giới năm 2018 (505 GW), cần khoảng 1,7 tỷ tấm, tương đương khoảng 25,5 triệu tấn vật liệu (15 kg/tấm). Theo dự báo trên, thì đến năm 2030 và 2050, lượng phế thải pin mặt trời sẽ tương ứng là 131 triệu tấn và 323 triệu tấn vật liệu.

Hầu hết các nhà máy tái chế pin mặt trời chỉ đơn giản là loại bỏ bạc và đồng có giá trị khỏi các tế bào quang điện, sau đó tái chế kính và vỏ nhựa bị ô nhiễm bằng cách đốt chúng trong lò xi măng. Vì quá trình này tốn kém cả mặt tài chính và thời gian, nên các công ty năng lượng mặt trời thường sẽ chỉ đưa các tấm pin đã hỏng hoặc hết hạn vào bãi chôn lấp hoặc xuất khẩu chúng sang các nước thuộc thế giới thứ ba. Để giải quyết vấn đề này, nhiều quốc gia và khu vực đã đưa ra luật và tiêu chuẩn liên quan đến việc thải bỏ các tấm pin mặt trời một cách thích hợp. Ví dụ, chỉ thị về Chất thải Điện và Điện tử (WEEE) của Liên minh Châu Âu đưa ra các hướng dẫn chính xác về việc thu thập, xử lý, tái chế và thu hồi các tấm pin mặt trời. Trong khi đó, Đạo luật Phục hồi và Bảo tồn Tài nguyên Mỹ (RCRA) quy định việc xử lý và tiêu hủy nhiều chất thải nguy hại, trong đó có một số loại tấm pin mặt trời. Nhiều quốc gia và khu vực yêu cầu tái chế tấm pin mặt trời để đảm bảo xử lý đúng cách, thu hồi các vật liệu có giá trị và giảm thiểu lượng rác thải được đổ vào các bãi chôn lấp. Vì lý do này, những tổ chức lắp đặt và bảo trì hệ thống pin mặt trời phải hiểu rõ trách nhiệm của mình trong việc đảm bảo xử lý phù hợp. Tuy nhiên, bất chấp các nước đã đưa ra quy định, dữ liệu chỉ ra rằng chưa đến 10% số tấm pin đã ngừng hoạt động ở Mỹ được tái chế. Tương tự như vậy, tỷ lệ tái chế các tấm pin mặt trời ở Liên minh Châu Âu là khoảng 10%, mặc dù luật pháp EU quy định các nhà sản xuất tấm pin mặt trời phải thu hồi tối thiểu 80% khối lượng của mỗi tấm pin. Tệ hơn nữa, các nỗ lực tái chế tấm pin mặt trời vẫn còn ở giai đoạn đầu và có thể tiến triển không đủ nhanh để loại bỏ những thiệt hại đã gây ra.

Do sự hiện diện của các chất có khả năng gây hại cho con người, chẳng hạn như chì và cadmium, việc xử lý thích hợp vẫn rất quan trọng.

Dù thế nào đi nữa, điều quan trọng vẫn là đảm bảo các tấm pin mặt trời được tái chế hoặc lưu trữ thích hợp để tránh chúng bị đưa vào bãi chôn lấp và gây hại lâu dài cho môi trường. Mối lo ngại về việc thiếu đất cho các dự án điện mặt trời tiếp tục gia tăng khi toàn cầu hướng tới các nguồn năng lượng tái tạo. Một trong những trở ngại lớn nhất đối với việc chấp nhận rộng rãi các công nghệ này là yêu cầu về những vùng đất rộng lớn để triển khai chúng. Mối quan tâm chính là các mục đích sử dụng đất khác, chẳng hạn như nông nghiệp và bảo tồn, có thể phải đối mặt với sự cạnh tranh từ nhu cầu về đất cho các dự án điện mặt trời. Tuy nhiên, quá trình tìm kiếm vùng đất thích hợp cho các dự án điện mặt trời vẫn tiếp tục trên toàn thế giới, đặc biệt khi các quốc gia nỗ lực đạt được các cam kết về khí hậu và loại bỏ dần nhiên liệu hóa thạch. Do đó, các dự án điện mặt trời quy mô lớn có thể gây ra vấn đề về sử dụng đất./.