Trong bối cảnh nhu cầu sử dụng năng lượng tái tạo ngày càng tăng, các nhà khoa học tại Đại học Linköping (Thụy Điển) vừa công bố một nghiên cứu quan trọng, mang đến giải pháp tái chế hiệu quả cho pin mặt trời perovskite. Theo đó, họ đã phát triển một quy trình tái chế hoàn toàn bằng nước, giúp tái sử dụng các tấm pin mà không làm giảm hiệu suất, đồng thời loại bỏ nguy cơ gây ô nhiễm từ các hóa chất độc hại. Phát hiện này có thể mở ra một hướng đi bền vững hơn cho ngành công nghiệp năng lượng mặt trời trong tương lai.
Tiềm năng và thách thức của pin mặt trời perovskite
Trong suốt một thập kỷ qua, năng lượng mặt trời đã có những bước tiến lớn nhờ sự sụt giảm đáng kể về giá thành và sự gia tăng nhanh chóng về quy mô thị trường. Theo báo cáo, thị trường pin mặt trời toàn cầu đã tăng trưởng khoảng 24% mỗi năm trong vòng 10 năm qua, bất chấp những rào cản về chính sách tại một số quốc gia. Dự báo của Hiệp hội Công nghiệp Năng lượng Mặt trời cho thấy, đến năm 2028, quy mô thị trường này có thể tăng gấp ba lần so với hiện tại.
Một trong những động lực thúc đẩy sự phát triển này là sự xuất hiện của pin mặt trời perovskite – một loại vật liệu mới có hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao hơn so với các tấm pin silicon truyền thống. Các tế bào quang điện perovskite có thể đạt hiệu suất khoảng 25%, so với mức 15-20% của các tấm pin silicon phổ biến. Điều này khiến chúng trở thành lựa chọn tiềm năng để thay thế hoặc bổ sung cho công nghệ pin mặt trời hiện nay.
Tuy nhiên, pin perovskite cũng đi kèm một vấn đề lớn: Chúng rất khó tái chế. Khi hết vòng đời sử dụng, những tấm pin này thường bị thải bỏ mà không có giải pháp xử lý hiệu quả, dẫn đến nguy cơ gây ô nhiễm môi trường và lãng phí nguồn tài nguyên quý giá. Điều này đặc biệt đáng lo ngại vì quy trình sản xuất pin mặt trời đòi hỏi một lượng lớn khoáng sản quan trọng, được khai thác từ nhiều khu vực trên thế giới. Nếu không thể tái sử dụng, ngành công nghiệp năng lượng mặt trời có thể đối mặt với những thách thức nghiêm trọng về tính bền vững.
Giải pháp tái chế bằng nước
Nhóm nghiên cứu tại Đại học Linköping đã tìm ra một phương pháp mới để giải quyết vấn đề này. Thay vì sử dụng dung môi hóa học độc hại như dimethylformamide – vốn thường được dùng trong quá trình tái chế pin perovskite nhưng có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường – họ đã phát triển một hệ thống tái chế hoàn toàn bằng nước.
Quy trình này bao gồm việc sử dụng nước kết hợp với một số chất phụ gia an toàn như natri axetat, natri iodua và axit hypophotphorơ. Nhóm nghiên cứu làm nóng dung dịch lên 80°C, sau đó ngâm các tấm pin mặt trời trong 20 phút để phân rã các lớp vật liệu. Tiếp theo, họ sử dụng máy ly tâm quay với tốc độ 5.000 vòng/phút trong 3 phút để tách riêng các tinh thể perovskite tái chế.
Kết quả cho thấy, sau khi tái chế bằng phương pháp này, các tinh thể perovskite vẫn có thể được sử dụng để tạo ra những tấm pin mới mà không làm suy giảm hiệu suất. Những tấm pin mặt trời được sản xuất từ vật liệu tái chế có hiệu suất tương đương với tấm pin ban đầu. Nhóm nghiên cứu cũng thử nghiệm quy trình này nhiều lần và nhận thấy rằng hiệu suất pin không bị ảnh hưởng đáng kể ngay cả sau nhiều lần tái chế liên tiếp.
Ý nghĩa của nghiên cứu đối với ngành năng lượng tái tạo
Phương pháp tái chế mới không chỉ giúp kéo dài vòng đời của pin mặt trời perovskite mà còn góp phần giảm thiểu tác động môi trường. Theo ước tính của các nhà khoa học, quy trình này giúp giảm tới 96,6% lượng tài nguyên bị tiêu hao so với việc vứt bỏ pin sau một vòng đời sử dụng. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong bối cảnh ngành năng lượng tái tạo đang tìm cách tối ưu hóa hiệu quả sử dụng tài nguyên và giảm thiểu lượng rác thải điện tử.
Hơn nữa, nếu công nghệ này được triển khai rộng rãi, chi phí sản xuất pin mặt trời có thể giảm xuống đáng kể, giúp năng lượng mặt trời trở nên cạnh tranh hơn về mặt kinh tế. Điều này đặc biệt quan trọng khi nhu cầu điện toàn cầu đang tăng nhanh chóng, đặc biệt là từ các trung tâm dữ liệu trí tuệ nhân tạo – vốn tiêu tốn lượng điện khổng lồ. Trong bối cảnh đó, các giải pháp giúp hạ giá thành năng lượng sạch có thể đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy quá trình chuyển đổi sang nguồn năng lượng bền vững.
Tuy nhiên, vẫn còn một số thách thức cần được giải quyết trước khi phương pháp này có thể được áp dụng trên quy mô công nghiệp. Một trong số đó là khả năng mở rộng quy trình và đảm bảo tính hiệu quả khi tái chế số lượng lớn pin mặt trời. Ngoài ra, cần có thêm nghiên cứu để đánh giá tác động lâu dài của phương pháp này đối với hiệu suất và độ bền của pin mặt trời perovskite trong điều kiện thực tế.
Dù vậy, phát hiện của các nhà khoa học tại Đại học Linköping đánh dấu một bước tiến quan trọng trong nỗ lực phát triển công nghệ năng lượng sạch bền vững. Nếu được ứng dụng rộng rãi, phương pháp tái chế bằng nước có thể giúp ngành công nghiệp năng lượng mặt trời không chỉ phát triển mạnh mẽ hơn mà còn trở nên thân thiện hơn với môi trường, góp phần hướng tới một tương lai xanh và bền vững hơn.
