Điện gió được coi là một trong những nguồn năng lượng sạch chủ lực của quá trình chuyển đổi năng lượng, nhưng phía sau những cánh quạt quay đều trên đồi cao hay ngoài khơi lại là một bài toán môi trường ngày càng lớn. Cánh quạt tua-bin, bộ phận khó tái chế nhất của cả hệ thống, sau khoảng 20 năm vận hành thường bị đưa ra bãi chôn lấp vì vật liệu composite bền chắc của nó gần như không thể xử lý bằng các phương pháp thông thường. Một nghiên cứu mới của Đại học Thanh Hoa, Trung Quốc, công bố ngày 6/11/2026 trên tạp chí khoa học Chem Circularity, đã mở ra một hướng đi khác hẳn: Chỉ cần nung nóng phế liệu cánh quạt trong vài giây ở nhiệt độ khoảng 2.000 độ C, các nhà khoa học có thể biến chúng thành silicon carbide và graphene, hai vật liệu có giá trị cao trong sản xuất công nghiệp, thậm chí dùng để chế tạo cánh quạt mới.
Nung nóng vài giây ở 2.000 độ C, cánh quạt cũ thành vật liệu giá trị cao
Cánh quạt tua-bin điện gió được chế tạo từ sợi thủy tinh chứa silica gắn kết trong nhựa polymer giàu carbon, một tổ hợp vật liệu được thiết kế để chịu được bão, tia cực tím và sét trong nhiều thập kỷ. Chính độ bền đó khiến cánh quạt trở thành rác thải khó xử lý: Nhựa nhiệt rắn không nóng chảy để tái chế như nhựa thông thường, còn sợi thủy tinh thì gắn chặt trong ma trận nhựa. Phương pháp mới của nhóm nghiên cứu Đại học Thanh Hoa, có tên gọi kỹ thuật gia nhiệt Joule nhanh (flash Joule heating), tiếp cận vấn đề từ chính thành phần sẵn có trong cánh quạt.
Quy trình bắt đầu bằng việc nghiền nhỏ cánh quạt đã hết hạn thành hạt, trộn với muội than để tăng độ dẫn điện, sau đó cho dòng điện chạy qua trong thời gian rất ngắn. Điện trở của vật liệu khiến nhiệt độ tăng vọt lên khoảng 2.000 độ C chỉ trong vài giây. Ở nhiệt độ đó, carbon trong nhựa phản ứng với silica trong sợi thủy tinh để tạo thành silicon carbide, vật liệu cứng, chịu nhiệt tốt, được dùng nhiều trong gốm kỹ thuật và linh kiện điện tử công suất cao. Đồng thời, phần carbon còn lại tái cấu trúc thành graphene, vật liệu nổi tiếng về độ bền và khả năng dẫn nhiệt, dẫn điện.
Điểm đáng chú ý là vật liệu thu hồi không chỉ được bán làm nguyên liệu mà còn có thể quay trở lại chính quy trình sản xuất cánh quạt. Khi trộn các vật liệu thu hồi với nhựa composite mới, nhóm nghiên cứu ghi nhận chỉ cần bổ sung 0,3% vật liệu tái chế tính theo khối lượng là độ cứng và độ bền của nhựa đã được cải thiện, khả năng chống biến dạng tăng 27% khi chịu lực kéo và 9% khi chịu lực uốn. Một thử nghiệm khác cho thấy với 0,1% vật liệu thu hồi, nhựa dẫn nhiệt nhanh hơn 41%, đặc tính quan trọng đối với cánh quạt vận hành trong điều kiện nhiệt độ thay đổi liên tục.
Ông Bing Deng, chuyên gia kỹ thuật hóa học và môi trường tại Đại học Thanh Hoa, người chủ trì nghiên cứu, cho biết hỗn hợp silicon carbide và graphene có thể được đưa trở lại quy trình sản xuất nhựa composite, giúp nâng cao đặc tính cơ học và khả năng chịu nhiệt của cánh quạt. Theo ông, đây không chỉ là tái chế mà còn là nâng cấp giá trị vật liệu, biến phế thải thành sản phẩm có giá trị cao hơn, tạo ra một vòng tuần hoàn khép kín trong đó cánh quạt cũ góp phần chế tạo cánh quạt mới bền hơn.
Nhóm nghiên cứu cũng đưa ra các ước tính ban đầu về hiệu quả kinh tế và môi trường của phương pháp. So với các phương pháp tái chế truyền thống, công nghệ gia nhiệt Joule nhanh có thể giảm 83-92% lượng phát thải khí nhà kính, đồng thời mang lại lợi nhuận khoảng 80 USD cho mỗi tấn phế liệu xử lý ở quy mô thương mại. Đây là các ước tính của nhóm nghiên cứu cho quy mô thương mại, chưa phải kết quả đo đạc từ vận hành thực tế, nhưng cho thấy tiềm năng kinh tế của hướng đi này nếu được triển khai thành công.
Tuy nhiên, các tác giả cũng thẳng thắn cho biết công nghệ mới vẫn đang ở quy mô phòng thí nghiệm. Tác giả chính Hao Bi cho rằng thách thức lớn nhất là chế tạo lò phản ứng đủ lớn để gia nhiệt đều cho khối lượng phế liệu lớn, đồng thời bảo đảm chất lượng sản phẩm ổn định qua từng mẻ xử lý. Từ phòng thí nghiệm đến nhà máy thương mại vẫn còn một khoảng cách cần nhiều nghiên cứu và đầu tư.
Cánh quạt hết hạn: Rác thải khó xử lý nhất của ngành điện gió
Vấn đề rác thải cánh quạt không phải là chuyện của tương lai xa mà đã hiện hữu. Dù khoảng 85-90% khối lượng một tua-bin gió có thể tái chế, từ thép trong tháp đến đồng trong máy phát, cánh quạt vẫn là bộ phận khó xử lý nhất do cấu tạo bền chắc. Sau khoảng 20 năm hoạt động, nhiều cánh quạt bị đưa tới bãi chôn lấp hoặc tiêu hủy vì không có phương án tái chế khả thi về kinh tế.
Tại châu Âu, Hiệp hội Công nghiệp Điện gió châu Âu (WindEurope) dự báo lượng cánh quạt hết hạn sử dụng cần xử lý mỗi năm tại khu vực này sẽ tăng từ 20.000 tấn năm 2025 lên 55.000 tấn vào năm 2030, khi làn sóng tua-bin lắp đặt đầu những năm 2000 đồng loạt hết tuổi thọ. Trước áp lực đó, hiệp hội đã áp dụng lệnh cấm tự nguyện đưa cánh quạt thải loại ra bãi chôn lấp từ năm 2025, đồng thời kêu gọi Liên minh châu Âu (EU) luật hóa quy định này để thúc đẩy các giải pháp tái chế bền vững.
Trên phạm vi toàn cầu, quy mô vấn đề còn lớn hơn nhiều. Theo Tạp chí Năng lượng Việt Nam, mỗi năm thế giới thải ra khoảng 800.000 tấn cánh tua-bin cũ, hỏng và con số này đang tăng lên, với hơn 12.600 tua-bin, tương đương hơn 37.800 cánh quạt, đã ngừng hoạt động kể từ năm 1980. Trong khi đó, hơn 317.000 tua-bin gió trên bờ và 12.000 tua-bin ngoài khơi đang vận hành trên toàn cầu, phần lớn sẽ hết tuổi thọ trong vòng 20-30 năm tới. Một đánh giá đăng trên tạp chí Waste Management dự báo tổng lượng rác thải cánh quạt toàn cầu có thể lên tới 43 triệu tấn vào năm 2050 nếu không có giải pháp xử lý hiệu quả, còn riêng tại Mỹ, nghiên cứu đăng trên tạp chí Resources, Conservation and Recycling ước tính lượng cánh quạt thải loại tích lũy của nước này sẽ đạt khoảng 2,2 triệu tấn vào năm 2050.
Hình ảnh những cánh quạt dài hàng chục mét bị cắt nhỏ rồi chôn lấp tại một số bãi rác ở Mỹ đã trở thành biểu tượng cho mặt trái của quá trình chuyển đổi năng lượng sạch: Công nghệ càng phát triển nhanh thì lượng chất thải đặc thù càng lớn, trong khi hạ tầng và công nghệ xử lý chưa theo kịp.
Nhiệt phân và các cách xử lý hiện nay vẫn còn nhiều nút thắt
Trước khi có công nghệ gia nhiệt Joule nhanh, nhiệt phân đã được coi là hướng xử lý triển vọng nhất đối với cánh quạt hết hạn. Đây là quá trình phân hủy vật liệu ở nhiệt độ cao trong môi trường thiếu oxy, khiến nhựa trong composite tách thành khí, dầu và chất rắn, còn sợi thủy tinh hoặc sợi carbon được thu hồi. Các nghiên cứu trong hai năm gần đây cho thấy nhiệt phân ở 450-600 độ C có thể thu hồi 75-77,5% khối lượng sợi, đồng thời tạo ra khí đốt và dầu giàu phenol, nhưng hiệu quả tổng thể còn thấp và lợi ích kinh tế chưa đủ hấp dẫn để triển khai quy mô lớn.
Một nghiên cứu thực nghiệm công bố năm 2024 cho thấy vật liệu cánh quạt về cơ bản hoàn thành quá trình nhiệt phân ở 600 độ C, sản phẩm rắn thu được cần oxy hóa ở 550 độ C trong 40 phút mới cho sợi thủy tinh sạch. Nhóm nghiên cứu này còn đề xuất dùng khí nhiệt phân đốt lại để cấp nhiệt và tuần hoàn khí thải làm môi trường nhiệt phân, khi tỷ lệ khí thải tuần hoàn đạt 66% thì nhiệt độ nhiệt phân có thể đạt 600 độ C, đáp ứng yêu cầu xử lý vật liệu cánh quạt. Dù vậy, tổng kết của một bài tổng quan công bố đầu năm 2025 vẫn cho rằng hiệu suất quá trình nhiệt phân còn thấp, tỷ lệ thu hồi và hiệu quả năng lượng còn hạn chế, khiến lợi ích kinh tế của phương pháp này hiện chưa tốt và khó áp dụng quy mô lớn.
Ngoài nhiệt phân, ngành điện gió cũng đang thử nhiều hướng khác. Công ty Continuum của Anh hợp tác với tập đoàn Dieffenbacher của Đức để tái chế cơ học cánh quạt thành tấm vật liệu xây dựng, với mục tiêu vận hành 6 nhà máy xử lý trên khắp châu Âu vào năm 2030, sản xuất tấm vật liệu từ 92% cánh quạt tái chế. Hãng Vestas của Đan Mạch, nhà sản xuất tua-bin gió lớn nhất thế giới, đã công bố vào tháng 2/2023 một quy trình hóa học mới có thể phá vỡ cánh quạt để thu hồi vật liệu chất lượng cao, tái sử dụng cho cánh quạt mới. Hãng LM Wind Power cũng phát triển loại cánh quạt không chất thải, còn tại Mỹ, tập đoàn điện lực Xcel đã đưa 603 cánh quạt cũ, nặng 4.188 tấn, vào lò xi măng làm nhiên liệu thay thế trong năm 2022, dù thừa nhận tái chế cánh quạt tốn gấp 3-8 lần so với chôn lấp.
Nhìn chung, các giải pháp hiện nay đều đang ở giai đoạn đầu, mỗi hướng có một nút thắt riêng về chi phí, hiệu suất hoặc quy mô. Công nghệ gia nhiệt Joule nhanh vì vậy được giới chuyên môn chú ý không chỉ vì nhiệt độ xử lý cao mà vì nó đi theo hướng ngược lại: Thay vì cố tách sợi ra khỏi nhựa, nó biến toàn bộ composite thành vật liệu mới có giá trị cao hơn, rút ngắn quy trình và mở ra khả năng sinh lời. Dù còn cần kiểm chứng ở quy mô công nghiệp, đây là lần đầu tiên một phương pháp tái chế cánh quạt cho thấy cả lợi thế môi trường và tiềm năng kinh tế cùng lúc.
Việt Nam cần chuẩn bị trước khi cánh quạt hết hạn hàng loạt
Tại Việt Nam, bài toán xử lý cánh quạt điện gió hết hạn cũng đã được đặt ra trên diễn đàn Quốc hội. Trong phiên thảo luận chiều 28/10/2025 về việc thực hiện chính sách, pháp luật về bảo vệ môi trường kể từ khi Luật Bảo vệ môi trường năm 2020 có hiệu lực, đại biểu Dương Khắc Mai, đoàn Lâm Đồng, nêu rõ hầu hết cánh tua-bin gió đều chứa vật liệu khó phân hủy như sợi carbon, sợi thủy tinh, lõi gỗ balsa hoặc bọt nở, khiến việc tái chế cực kỳ phức tạp và tốn năng lượng. Theo đại biểu, một cánh quạt có tuổi thọ trung bình 20 năm, và khi loại bỏ, hầu như không thể thu hồi được sợi thủy tinh hay sợi carbon.
Đại biểu Dương Khắc Mai đề nghị Nhà nước ưu tiên nguồn lực, khuyến khích các viện nghiên cứu, doanh nghiệp và trường đại học tham gia phát triển công nghệ xử lý tiên tiến, giảm thiểu tối đa lượng chất thải phát sinh. Đề nghị này được đưa ra trong bối cảnh Việt Nam đã cam kết đạt phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050 tại Hội nghị COP26, đồng thời đang thúc đẩy mạnh mẽ điện gió và điện mặt trời, những nguồn năng lượng sạch sẽ tạo ra lượng lớn chất thải đặc thù khi hết tuổi thọ.
Thực tế, áp lực đã hiện rõ ở một loại chất thải đặc thù khác là tấm pin năng lượng mặt trời. Cả nước hiện có 8 nhà máy sản xuất tấm quang năng và hơn 130 dự án điện mặt trời quy mô lớn đang vận hành. Theo dự báo, đến năm 2030, Việt Nam sẽ có khoảng 9.000 tấn tấm pin năng lượng mặt trời hết hạn, và con số này có thể tăng lên tới 128.000 tấn vào năm 2045. Cánh quạt điện gió sẽ đi theo quỹ đạo tương tự khi các nhà máy điện gió đầu tiên của Việt Nam bước vào giai đoạn hết hạn trong những thập kỷ tới.
Khung pháp lý nền tảng cho vấn đề này đã có, từ Luật Bảo vệ môi trường năm 2020 đến Nghị định 08/2022 quy định trách nhiệm tái chế của nhà sản xuất, song hạ tầng thu gom và xử lý chất thải đặc thù vẫn còn yếu, như nhiều đại biểu Quốc hội đã chỉ ra. Công nghệ gia nhiệt Joule nhanh hay nhiệt phân hiện đại sẽ chỉ phát huy tác dụng khi đi cùng một chiến lược tổng thể: Quy định rõ trách nhiệm của chủ đầu tư điện gió đối với cánh quạt hết hạn, đầu tư hạ tầng thu gom và xử lý, cơ chế hỗ trợ doanh nghiệp tái chế, đồng thời thúc đẩy nghiên cứu trong nước để làm chủ công nghệ thay vì chờ đợi giải pháp từ bên ngoài.
Bài toán rác thải điện gió, vì vậy, không chỉ là câu chuyện của một công nghệ mới ở phòng thí nghiệm. Đó là lời nhắc rằng quá trình chuyển đổi năng lượng chỉ thực sự bền vững khi vòng đời của thiết bị được tính toán ngay từ đầu, từ thiết kế cánh quạt dễ tái chế hơn đến hệ thống xử lý sẵn sàng trước khi làn sóng cánh quạt hết hạn ập đến. Công nghệ nung nóng ở 2.000 độ C cho thấy rác thải khó xử lý nhất cũng có thể trở thành tài nguyên, nếu có đủ tầm nhìn và sự chuẩn bị từ hôm nay.
