Pin lưu trữ năng lượng mặt trời có thể tái chế được không?

Pin lưu trữ năng lượng mặt trời là gì?

Pin lưu trữ năng lượng mặt trời là loại pin được thiết kế để lưu trữ điện năng do các tấm pin năng lượng mặt trời tạo ra. 

Pin lưu trữ năng lượng mặt trời kết hợp với bộ sạc năng lượng mặt trời là lựa chọn tốt nhất để lưu trữ điện năng lượng mặt trời của bạn và sử dụng bất cứ lúc nào thông qua bộ biến tần. Chúng có độ bền cao, nhưng sau một vài năm chúng sẽ hết tuổi thọ.

Pin lưu trữ năng lượng mặt trời có thể tái chế được không?

Câu trả lời là: Có. Tuy nhiên quá trình tái chế có thể gặp nhiều thách thức tùy thuộc vào công nghệ pin. Pin axit-chì (còn gọi là Ắc quy) được tái chế nhiều nhất trong số tất cả các sản phẩm tiêu dùng (tỷ lệ tái chế lên đến 99% ), chỉ 5% tổng số pin lithium-ion (bao gồm cả thiết bị điện tử gia dụng) được tái chế.

Hiện tại, có 2 loại pin lưu trữ năng lượng mặt trời:

• Axit-chì: AGM và GEL (tỷ lệ tái chế 99%)
• Pin Lithium: chủ yếu là LiFePo4 (tỷ lệ tái chế 5%)

Dự kiến, ít nhất 11 triệu tấn  pin lithium-ion đã qua sử dụng sẽ tích tụ trên toàn thế giới cho đến năm 2030. Do đó, tái chế pin lưu trữ năng lượng mặt trời là một vấn đề quan trọng cần được giải quyết khẩn cấp.

Xem thêm: Tái chế pin năng lượng mặt trời hết hạn sử dụng như thế nào?

Sản xuất pin lưu trữ năng lượng mặt trời trên toàn cầu

Vào năm 2020, sản lượng toàn cầu của pin Axit-chì là 360 GWh với 71% được sử dụng làm pin xe hơi (pin SLI) và 10% (36 GWh) làm pin lưu trữ năng lượng mặt trời. Lĩnh vực này dự kiến sẽ có tốc độ tăng trưởng hàng năm là 3,4% từ năm 2020 đến năm 2030 với lượng pin lưu trữ năng lượng mặt trời chiếm 12% (52 GWh) sản lượng toàn cầu.

Trong khi đó, sản lượng pin Lithium toàn cầu là 500 GWh vào năm 2020 và dự kiến sẽ tăng lên hơn 3.000 GWh vào năm 2030. Tăng trưởng 600% do thị trường xe điện (EV) mở rộng đáng kể.

Vào năm 2020, pin lưu trữ năng lượng mặt trời chiếm 18% tổng số pin lithium được sản xuất, với tốc độ tăng trưởng hàng năm dự kiến lên đến 14% vào năm 2030.

Người ta ước tính rằng một pin axit-chì để lưu trữ năng lượng mặt trời có tuổi thọ khoảng 3-4 năm trong khi pin lithium có thể kéo dài đến 10 năm.

Tái chế pin năng lượng mặt trời dường như là lựa chọn tốt nhất để giảm lượng pin lãng phí tổng thể. Để hiểu cách người ta có thể tái chế pin năng lượng mặt trời, trước tiên chúng ta cần hiểu vật liệu và các bộ phận tạo nên pin năng lượng mặt trời.

Pin lưu trữ năng lượng mặt trời làm bằng gì?

Đầu tiên, hãy kiểm tra pin axit-chì để lưu trữ năng lượng mặt trời:

Axit-chì, AGM và GEL

Pin năng lượng mặt trời axit chì là một công nghệ khá cũ, vì chúng được phát minh vào năm 1859 bởi Gaston Planté. Họ được hưởng lợi từ việc có hơn một thế kỷ đổi mới và quy trình sản xuất của họ được tiêu chuẩn hóa. Có 3 loại ắc quy axit-chì – ngập nước, không cần bảo dưỡng (AGM và GEL). Tuy nhiên, cả ba chủ yếu chia sẻ các thành phần giống nhau:

• Vỏ pin (nhựa ABS)
• Điện cực (Chì, Pb)
• Chất điện phân (axit sunfuric H 2 SO 4 )
• Máy tách màng (Nhựa polyme)

Cuối cùng, pin axit-chì chứa các yếu tố sau có thể được phục hồi bằng cách tái chế:

• Chì (65%)
• Axit (16%)
• Chất dẻo (10%)
• Khác (10%)

Pin Lithium: LiFePo4

Pin Lithium như LiFePo4 khá mới, chúng được phát hiện vào đầu những năm 80 và được giới thiệu ra thị trường vào cuối những năm 90. Các nhà phát minh đã được trao giải Nobel hóa học năm 2019 . Thật vậy, chúng là một bước đột phá lớn trong lĩnh vực lưu trữ điện, cho phép vô số ứng dụng từ thiết bị điện tử tiêu dùng di động đến hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời. Trong một bài báo gần đây , chúng tôi đã chứng minh chúng vượt trội như thế nào so với pin axit-chì.

Ngày 9 tháng 10 năm 2019 Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã quyết định trao Giải Nobel Hóa học 2019 cho  John B. Goodenough – Đại học Texas ở Austin, Hoa Kỳ; M. Stanley Whittingham – Đại học Binghamton, Đại học Bang New York, Hoa Kỳ; Akira Yoshino – Asahi Kasei Corporation, Tokyo, Japan “Cho sự phát triển của pin lithium-ion”

Chúng chia sẻ với axít chì một nguyên lý hoạt động tương tự dựa trên điện hóa học, do đó, bạn sẽ tìm thấy các yếu tố sau trong pin LiFePo4:

• Vỏ pin
• Điện cực (LiFePo4, Carbon)
• Chất điện phân (muối Lithium, Li +)
• Máy tách màng (Nhựa polyme)

Tuy nhiên, không giống như axit-chì là những hệ thống “đơn giản”, vật liệu và quy trình chế tạo pin lithium phức tạp hơn nhiều. Pin lithium là sự pha trộn của nhiều yếu tố quan trọng, có thể được phục hồi bằng cách tái chế. Trong một pin lithium điển hình, bạn sẽ tìm thấy:

• Sắt, Fe (28%)
• Phốt phát, Po (18%)
• Nhôm, Al (5%)
• Lithium, Li (3%)
• Carbon, C (13%)
• Chất dẻo (8%)
• Khác (25%)

Bây giờ bạn đã có một bức tranh rõ ràng hơn về những gì bên trong pin lưu trữ năng lượng mặt trời, hãy cùng xem tại sao tái chế lại là một vấn đề quan trọng đối với cả ngành công nghiệp pin và môi trường.

Tại sao việc tái sử dụng và tái chế pin lưu trữ năng lượng mặt trời lại quan trọng?

Khi hết tuổi thọ, pin lưu trữ năng lượng mặt trời của bạn được coi là chất thải có chứa các vật liệu độc hại và do đó cần được xử lý đúng cách. Một số tùy chọn có thể:

• Tái sử dụng / Tăng chu kỳ pin, đối với các hoạt động ít đòi hỏi hơn, thị trường pin lithium đã qua sử dụng rất năng động.
• Tái chế pin lưu trữ năng lượng mặt trời: Phục hồi tất cả các vật liệu có sẵn trong khi vẫn bảo toàn chất lượng của chúng
• Phục hồi cho các mục đích năng lượng (đốt một số bộ phận của pin)
• Xử lý chất thải cuối cùng trong một bãi chôn lấp

Rõ ràng, chúng tôi đang cố gắng tránh hai điều cuối cùng: Thu hồi và xử lý những thứ có hại nhất cho môi trường.

Tái sử dụng và tái chế là một phần của cái gọi là “kinh tế tuần hoàn”, chúng góp phần kéo dài tuổi thọ của pin và vật liệu của chúng.

Tái sử dụng pin lưu trữ năng lượng mặt trời

 Nếu pin của bạn vẫn hoạt động, bạn có thể sử dụng nó cho các ứng dụng khác. Ngày càng có nhiều thị trường cho pin lithium cũ:

• Biến pin lithium xe điện thành pin lưu trữ năng lượng mặt trời
• Sử dụng lại pin máy tính xách tay trong một Powerwall Tự làm

Tuy nhiên, luôn đến thời điểm pin cũ bị hao mòn và tái chế sẽ là lựa chọn duy nhất. Hãy cùng xem xét 5 lợi thế của việc tái chế pin lưu trữ năng lượng mặt trời.

5 lợi ích của việc tái chế pin lưu trữ năng lượng mặt trời

Tái chế pin lưu trữ năng lượng mặt trời có nhiều lợi ích cho cả môi trường và nền kinh tế:

1. Khôi phục vật liệu pin quan trọng

Mục đích của việc tái chế pin năng lượng mặt trời là thu hồi càng nhiều vật liệu cơ bản càng tốt (Chì, Carbon, Sắt, Coban, Lithium…) ở mức độ tinh khiết cao nhất có thể. Lý tưởng nhất là vật liệu tái chế và vật liệu ban đầu phải có các đặc tính giống hệt nhau.

2. Bảo vệ Môi trường

Việc tái chế pin năng lượng mặt trời là rất quan trọng vì cả hai công nghệ (axit-chì và lithium) đều chứa các vật liệu độc hại cao:

• Chì, oxit lithium,
• Chất lỏng, gel: axit sunfuric, muối lithium

Tái chế bảo vệ khỏi những hậu quả môi trường đáng sợ (ô nhiễm nước, đất và không khí) nếu pin bị bỏ hoang.

3. Tạo thu nhập

Tái chế pin năng lượng mặt trời có thể là một nguồn thu nhập. Thật vậy, các quy trình tái chế và thu hồi kim loại trong công nghiệp đang trở nên hiệu quả về chi phí so với khai thác mỏ.

Điều này đặc biệt đúng đối với các vật liệu có giá trị cao như vàng, bạc, đồng, v.v. Ví dụ, công ty Umicore của Bỉ là cơ sở tái chế kim loại quý lớn nhất trên thế giới, bán các thanh vàng và bạc được tái chế 100%. 

Một số công ty Hoa Kỳ cũng đang tạo ra thu nhập trong khi tái chế pin năng lượng mặt trời. Doanh nghiệp này có tiềm năng phát triển lớn trong vòng mười năm tới.

4. Giảm tiêu thụ năng lượng và phát thải CO2

Quá trình sản xuất pin lưu trữ năng lượng mặt trời đòi hỏi một lượng lớn năng lượng. Kết hợp các nghiên cứu khác nhau , chúng tôi phát hiện ra rằng bạn cần từ 97 Kwh đến 180 Kwh để sản xuất 1 kWh pin. Điều này tạo ra từ 150kg đến 250kg CO2 cho mỗi kWh pin và con số này không bao gồm các quy trình khai thác và tinh chế nguyên liệu thô.

Nó đã được chứng minh rằng tái chế dẫn đến tiết kiệm năng lượng và CO2. Ví dụ tiết kiệm 75% năng lượng đối với chì, 72% đối với sắt thép. Tại Mỹ, trong năm 2018, 3,7 triệu tấn nhôm được sản xuất bằng cách tái chế, tiết kiệm đủ điện cho nhu cầu của 8 triệu ngôi nhà. 

5. Phát triển và cải thiện nền kinh tế tuần hoàn

Như đã đề cập, tái chế là một phần của nền kinh tế tuần hoàn. Hàng triệu tấn pin được sản xuất mỗi năm và do đó sẽ hết tuổi thọ trong vòng vài năm. Mục tiêu của nền kinh tế tuần hoàn là giữ chúng trong nền kinh tế càng lâu càng tốt. Việc tái chế pin lưu trữ năng lượng mặt trời làm tăng mạnh tuổi thọ của các vật liệu và hệ thống trước khi thải bỏ chúng.

Ngoài ra, nó thúc đẩy các nhà khoa học và chuyên gia phát triển các quy trình tái chế tiên tiến với tỷ lệ thu hồi vật liệu và hiệu quả năng lượng cao hơn.

Tái chế pin Lithium ở Mỹ được thực hiện như thế nào?

Người ta cho rằng chỉ có 5% tổng số pin lithium được tái chế. Đây là con số khá thấp và được kỳ vọng sẽ cải thiện trong những năm tới. Hiện tại, chúng tôi có thể tái chế tới 96% pin lithium.

Quá trình tái chế pin lithium rất phức tạp do sự pha trộn của các vật liệu tạo nên pin. Nó bao gồm 3 bước chính :

• Bắt đầu
• Tách biệt vật lý
• Phục hồi vật liệu

Hai bước đầu tiên khá dễ dàng để thiết lập. Phần thu hồi vật liệu là khó nhất vì nó liên quan đến kỹ thuật khai thác tiên tiến như luyện kim và Thủy luyện kim.

Tại Mỹ và Canada, thị trường tái chế pin lithium đang mở rộng. Có một số công ty đã cung cấp dịch vụ của họ như:

• RedwoodMaterials hợp tác với Tesla để tái chế pin của họ.
• Retrievetech ở Ohio đang tái chế pin và thu hồi vật liệu trong 25 năm.
• Công nghệ OnTo là chuyên gia trong toàn bộ quy trình tái chế pin lithium với nhiều bằng sáng chế.
• LiCycle tuyên bố khôi phục hơn 95% tất cả các vật liệu của pin lithium

Cuối cùng, bạn có thể mua pin lưu trữ năng lượng mặt trời đã sử dụng của tại điểm thu gom Call2Recycle gần nhà. Call2Recycle là chương trình tái chế pin tiêu dùng lớn nhất ở Mỹ.

Làm thế nào để tái chế pin chì-axit ở Mỹ?

Như đã đề cập trước đây, pin axit-chì là công nghệ pin trưởng thành và tỷ lệ tái chế của nó là cao nhất trong tất cả các sản phẩm tiêu dùng, đạt 99% ở Mỹ. Để tái chế pin axit-chì của bạn, cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA) khuyến nghị:

• Trả lại pin của bạn cho nhà bán lẻ pin
• Thả pin của bạn tại một chương trình thu gom chất thải nguy hại hộ gia đình địa phương

Tái chế pin lưu trữ năng lượng mặt trời có an toàn không?

Pin chứa các vật liệu và hóa chất độc hại cao, việc tái chế chúng không an toàn và cần được thực hiện hết sức thận trọng.

Thật không may, việc tái chế ắc quy axit-chì là một nguồn ô nhiễm chính ở một số quốc gia, bao gồm cả Mỹ. Chì đang đầu độc đất và nước, gây ra những căn bệnh chết người cho người dân địa phương, đặc biệt là ở trẻ em. Điều này đúng với các nhà máy tái chế công nghiệp và ngày càng trầm trọng hơn bởi các hoạt động tái chế quy mô nhỏ ở Châu Phi, Ấn Độ và Trung Quốc. Ví dụ, ở Ấn Độ, 90% pin axit-chì được tái chế ngoài trời bởi khu vực phi chính thức.

Tái chế pin – Chìa khóa cho tương lai

Cuối cùng, pin lưu trữ năng lượng mặt trời có thể tái chế được, nhưng quá trình tái chế của chúng là mối đe dọa tiềm tàng đối với hành tinh và cư dân của nó.

Chúng tôi có thể nghĩ đến hai lựa chọn cơ bản cho một ngành công nghiệp pin năng lượng mặt trời sạch hơn và tròn hơn:

• Lệnh cấm sản xuất ắc quy axít chì
• Khái niệm sinh thái pin lưu trữ năng lượng mặt trời

Đến năm 2030, hầu hết các quốc gia sẽ cấm bán ô tô chạy bằng nhiên liệu hóa thạch vì ô nhiễm của chúng, chúng ta cũng nên làm điều tương tự với ắc quy axit-chì.

Ngoài ra, tất cả các loại pin lithium mới đều phải được hình thành về mặt sinh thái: Việc tái chế các bộ phận và vật liệu của chúng phải là mối quan tâm của các nhà sản xuất ngay từ giai đoạn hình thành pin. 

Bài viết của Tiến sĩ Romain Metaye

Tiến sĩ Metaye có bằng Tiến sĩ hóa học tại Ecole Polytechnique, Pháp. Ông là một chuyên gia năng lượng tái tạo với hơn 10 năm kinh nghiệm trong giới nghiên cứu. Trong sự nghiệp của mình, ông đã giám sát hơn 150 dự án về năng lượng sạch. Các hệ thống thông minh không nối lưới, năng lượng mặt trời, pin và nền kinh tế hydro là một trong những chuyên ngành của ông.

Xem thêm: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của pin Lithium-ion

Xem thêm: Các loại pin Lithium-ion hiện có trên thị trường

Xem thêm: Các thuật ngữ cơ bản của pin Lithium-ion và ắc quy

Xem thêm: Các sản phẩm pin lưu trữ năng lượng mặt trời