Ngoài năng lượng xanh: Vòng đời đầy đủ của các tấm pin mặt trời - Hoàn vốn năng lượng, lượng khí thải carbon và tái chế

Hầu hết mọi người hình dung năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch và có thể tái tạo, đến từ các tấm pin mặt trời được lắp đặt trên mái nhà và trang trại năng lượng mặt trời mà không có bất kỳ chuyển động nào có thể nhìn thấy được trong khi tạo ra điện. Tuy nhiên, trước khi có các tấm pin mặt trời, chúng cần được sản xuất, liên quan đến việc sử dụng năng lượng; do đó, chúng thải ra CO2 trong quá trình sản xuất, trong đó cuối cùng mỗi tấm pin mặt trời sẽ hết tuổi thọ, thường là trong vòng 25-30 năm.

Hiểu toàn bộ vòng đời của hệ thống quang điện (PV) là điều cần thiết đối với bất kỳ ai muốn hiểu thực sự về tác động môi trường của chúng. Hãy cùng khám phá ba câu hỏi quan trọng: Mất bao lâu để một tấm pin mặt trời tạo ra năng lượng dùng để tạo ra nó? Lượng khí thải carbon thực sự của nó là gì? Và điều gì sẽ xảy ra khi hàng triệu tấm pin đã hết tuổi thọ?

Mỗi tấm pin mặt trời bao gồm một "nợ năng lượng"-năng lượng tích lũy cần thiết để sản xuất các bộ phận và cuối cùng là vận chuyển thành phẩm. Thời gian hoàn vốn năng lượng (EPBT) ước tính khoảng thời gian mà hệ thống quang điện (PV) phải được sử dụng trước khi nó tạo ra lượng năng lượng tương đương với tất cả năng lượng tiêu thụ trong suốt vòng đời của nó.

Tin tốt về EPBT là nó đã giảm đáng kể nhờ những cải tiến về hiệu quả sản xuất. Một nghiên cứu về cơ sở PV silicon đa tinh thể 1 MWp ở Tân Cương, Trung Quốc, chứng minh rằng phần lớn lượng khí thải carbon và mức tiêu thụ năng lượng của hệ thống đều phát sinh trong giai đoạn sản xuất. Nghiên cứu tương tự cũng chỉ ra rằng các giai đoạn vận hành và phục hồi sẽ tuần tự giảm "nợ carbon" ban đầu đó để đến cuối vòng đời của hệ thống, lượng khí thải carbon tích lũy bằng không.

Đối với các hệ thống PV đặt ở khu vực có nhiều ánh nắng mặt trời, thời gian hoàn vốn năng lượng thường là từ một đến hai năm. Sau đó, trong thời gian còn lại của vòng đời 25+ năm, các tấm pin sẽ tạo ra một lượng đáng kể điện-chất lượng cao, không-không phát thải mà không cần thêm năng lượng đầu vào. Nhiều ấn phẩm trong tài liệu học thuật đánh giá vòng đời của các nhà máy quang điện xác nhận rằng năng lượng thu hồi thuận lợi từ đầu tư khiến năng lượng mặt trời trở thành một trong những công nghệ năng lượng hiệu quả nhất.

Mặc dù các tấm pin mặt trời tạo ra điện mà không tạo ra khí thải CO2 khi sử dụng nhưng chắc chắn chúng sẽ có một mức phát thải khí nhà kính nhất định từ toàn bộ quá trình sản xuất trước khi lắp đặt. Việc đo lường và báo cáo lượng khí thải carbon này khi lắp đặt pin mặt trời ở các giai đoạn khác nhau đang trở nên quan trọng hơn nhiều do nhu cầu ngày càng tăng về tính minh bạch trên thị trường toàn cầu và việc triển khai các cơ chế điều chỉnh giới hạn carbon sắp tới.

Trung Quốc đã có một bước tiến đáng kể trong việc tiêu chuẩn hóa. Vào tháng 1 năm 2026, Cơ quan Quản lý Năng lượng Quốc gia đã ban hành các tiêu chuẩn ngành mới có tiêu đề "Phương pháp định lượng và tiêu chuẩn đánh giá lượng khí thải carbon trong toàn bộ vòng đời của các dự án phát điện quang điện". Các tiêu chuẩn này có hiệu lực từ ngày 18 tháng 6 năm 2026, cung cấp các thông số kỹ thuật thống nhất để quản lý carbon trong ngành công nghiệp quang điện.

Các tiêu chuẩn áp dụng cho các dự án PV tập trung (với các dự án phân tán được phép tham chiếu chúng) và chỉ định ranh giới tính toán, yêu cầu thu thập dữ liệu, chỉ số đánh giá và mẫu báo cáo về lượng phát thải carbon trong vòng đời. Phạm vi bao gồm việc thu mua nguyên liệu thô, sản xuất thiết bị, xây dựng, vận hành và bảo trì cũng như các giai đoạn ngừng hoạt động và tái chế.

Theo Giáo sư Ke Yiming, Phó Trưởng khoa Năng lượng Quốc tế tại Đại học Tế Nam, hệ số phát thải carbon hiện tại của Trung Quốc đối với điện PV là khoảng 52g CO₂e/kWh. Nguồn phát thải chính này là ở giai đoạn sản xuất thiết bị, đặc biệt là sản xuất tấm silicon polysilicon và tấm silicon.

Dữ liệu này quan trọng đối với thương mại quốc tế. Các thị trường lớn đã thiết lập hệ thống "rào cản carbon" liên kết trực tiếp lượng khí thải carbon của sản phẩm với khả năng tiếp cận thị trường, trợ cấp của chính phủ và năng lực đấu thầu. Pháp yêu cầu chứng nhận lượng khí thải carbon cho các dự án PV trên 100kWp, trong khi Hàn Quốc xếp loại mô-đun theo lượng khí thải carbon để đủ điều kiện nhận trợ cấp. Li Yang, chuyên gia tính toán carbon tại Sunshine Hi{4}}Tech, lưu ý rằng việc tính toán carbon chính xác trong vòng đời đã trở thành "thẻ xanh" cho các sản phẩm PV thâm nhập thị trường quốc tế.

Điều gì xảy ra với các tấm pin mặt trời đã đến tuổi nghỉ hưu là 25 năm? Nếu chúng ta không tái chế pin PV (quang điện) một cách thích hợp thì một lượng chất thải khổng lồ có thể được tạo ra mỗi năm -, có thể là hàng triệu tấn. Tuy nhiên, đã có nhiều ngành công nghiệp và tổ chức chính phủ giải quyết vấn đề này trước.

Ví dụ: vào ngày 2 tháng 3 năm 2026, sáu bộ của chính phủ Trung Quốc, bao gồm Bộ Công nghiệp và Công nghệ thông tin (MIIT), Bộ Sinh thái và Môi trường và Cơ quan Quản lý Năng lượng Quốc gia, đã ban hành chính sách chung có tiêu đề "Ý kiến ​​hướng dẫn nhằm thúc đẩy việc sử dụng toàn diện các mô-đun quang điện". Chỉ thị mới này nhằm mục đích biến các mô-đun PV cuối đời từ "rác thải" đơn giản thành khoáng sản đô thị có giá trị.

Chính sách này đặt ra các mục tiêu đầy tham vọng: đến năm 2027, Trung Quốc đặt mục tiêu đạt được mức sử dụng toàn diện tích lũy 250.000 tấn mô-đun quang điện thải; và đến năm 2030, mục tiêu là thiết lập một hệ thống sử dụng toàn diện với cách bố trí công suất hợp lý có khả năng xử lý việc ngừng hoạt động ở quy mô lớn-.

Tái chế các tấm pin mặt trời là một thách thức về mặt kỹ thuật vì chúng được thiết kế để tồn tại trong nhiều thập kỷ trong điều kiện ngoài trời khắc nghiệt. Các mô-đun bao gồm kính, khung nhôm, tế bào silicon, dây đồng, miếng dán bạc và chất bao bọc polyme-tất cả được liên kết với nhau thông qua quá trình cán mỏng.

Ý kiến ​​chỉ đạo phác thảo một lộ trình kỹ thuật toàn diện:

1. Thiết kế xanh để tái chế dễ dàng hơn:Các nhà sản xuất được khuyến khích sử dụng các vật liệu kết dính dễ tách rời, khám phá các cấu trúc màng dính không-liên kết ngang và sử dụng tấm nền-không chứa flo, ruy băng-không chứa chì và bột nhão kim loại không chứa chì-để giảm chi phí xử lý trong tương lai .

2. Tháo dỡ chính xác:Ưu tiên nghiên cứu bao gồm thiết bị làm sạch, cắt và tách tự động để nâng cao hiệu quả và độ chính xác khi tháo dỡ. Hệ thống tháo dỡ thích ứng thông minh có khả năng nhận dạng nhiều kích thước và loại mô-đun đang được phát triển cùng với thiết bị tháo dỡ-mô-đun nhanh di động.

3. Công nghệ tách hiệu quả:Chính sách xác định cả phương pháp tách vật lý và hóa học là hướng nghiên cứu chính. Các phương pháp vật lý bao gồm kỹ thuật loại bỏ kính-chi phí thấp bằng cách sử dụng cuộn dây, dao nóng, tước, cắt và nghiền xung. Phương pháp hóa học tập trung vào các phương pháp dựa trên dung môi-để hòa tan chất bao nang mà không làm hỏng các vật liệu có giá trị.

4. Khai thác thành phần có giá trị:Việc thu hồi bạc từ lưới kim loại tế bào là ưu tiên hàng đầu, cùng với nghiên cứu khám phá các tác nhân lọc không có tính axit hoặc có tính axit yếu để cải thiện hiệu suất môi trường. Đồng, chì và thiếc được chiết xuất từ ​​​​dải băng và thanh cái. Silicon được phân loại và tinh chế bằng quy trình thủy luyện kim hoặc nhiệt luyện để đáp ứng các yêu cầu của nhà sản xuất polysilicon, hợp kim nhôm-silic và silicon.

Các vật liệu thu hồi được ứng dụng trong luyện kim loại, sản xuất thiết bị và sản xuất vật liệu xây dựng. Điều này tạo ra một nền kinh tế tuần hoàn trong đó silicon, bạc, đồng, nhôm và kính từ các tấm pin cũ trở thành nguyên liệu thô cho các sản phẩm mới.

Do chi phí vận chuyển có thể ảnh hưởng đến lợi ích kinh tế của việc tái chế, chính sách này khuyến khích triển khai công suất ở những khu vực có mật độ lắp đặt quang điện cao (đặc biệt là Tây Bắc, Đông và Bắc Trung Quốc) để thúc đẩy tái chế cục bộ. Đồng thời, chính sách thúc đẩy tích hợp chuỗi giá trị, khuyến khích hợp tác chặt chẽ giữa các nhà sản xuất mô-đun, nhà máy điện và các công ty tái chế.

Khung chính sách này bao gồm hỗ trợ tài chính thông qua Nền tảng hợp tác tài chính-công nghiệp quốc gia, khuyến khích các ngân hàng cung cấp tín dụng cho các dự án chuyển đổi công nghệ xanh và tái chế mô-đun chất thải . Các công nghệ tiên tiến có thể được đưa vào "Danh mục công nghệ carbon thấp{2}}quốc gia xanh và thấp" để đẩy nhanh việc áp dụng.

Các phương pháp tiếp cận LCA đối với hệ thống quang điện, bao gồm các giai đoạn hoàn vốn năng lượng, lượng khí thải carbon và tái chế-cuối vòng đời{1}}, chứng minh rằng năng lượng mặt trời không chỉ "xanh" trong suốt vòng đời của nó mà còn cho thấy bằng chứng về tính bền vững ngày càng tăng theo thời gian. Với thời gian hoàn vốn năng lượng cho quang điện khoảng 1{6}}2 năm, lượng khí thải carbon đo được ở mức dưới 60 gCO2 điện/kWh được tạo ra và nhiều cơ quan, tổ chức đang phát triển các chương trình tái chế rắn cho các tấm pin mặt trời-hết tuổi thọ, ngành năng lượng mặt trời đang khép lại vòng lặp về tính bền vững.

Như Yang Yanchun, Bí thư Đảng ủy và Chủ tịch Cơ quan Bảo vệ Môi trường Guoneng Longyuan, đã lưu ý, những chính sách này "đặt nền tảng cho sự-phát triển xanh lâu dài của ngành". Quá trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo không chỉ là tạo ra năng lượng sạch-mà còn là xây dựng các hệ thống bền vững từ khi sinh ra cho đến khi chết.