Recykling modułów PV w Europie – czystość materiału a ochrona środowiska

Recykling modułów PV w Europie – czystość materiału a ochrona środowiska. Innowacje w metodach recyklingu przemysłowego Do połowy tego stulecia Europa mogłaby wylądować na górze odpadów o masie 10 milionów ton pozostawionej przez zużyte panele słoneczne. Na szczęście od 2015 roku są prowadzone badania na temat najbardziej efektywnych i zrównoważonych metod ponownego wykorzystania materiałów z recyklingu tej technologii.

W tym roku Francuski Narodowy Instytut Energii Słonecznej (INES) przeanalizował aktualną sytuację w europejskim przemyśle recykling modułów słonecznych. Opracowywane są procesy. Które pozwoliłyby na utworzenie nowej gałęzi przemysłu przetwórczego odpadów. Która może osiągnąć wielobilionowe zyski, jednocześnie wspierając ochronę środowiska naturalnego.

Wielka moc to wielka odpowiedzialność

Energia słoneczna w ostatniej dekadzie osiągnęła wysoką prędkość na drodze swego rozwoju i oczekuje się. Że trend ten spotka się ze swoją kontynuacją. Według międzynarodowych instytucji zajmujących się energią słoneczną przewidywane jest osiągnięcie poziomu globalnej mocy wytwórczej 4-5 TW w 2050 r. A wartość samego rynku związanego z recyklingiem zużytych paneli słonecznych może osiągnąć aż 15 mld USD.

Imponujący wzrost zainstalowanej mocy naturalnie rodzi pytania o dalszy los paneli fotowoltaicznych po ich zużyciu i recyklingu. Przyjrzyjmy się. Jakie problemy branży fotowoltaicznej przyszłości zostały zidentyfikowane i jakie inicjatywy są podejmowane w celu ich rozwiązania.

Szacunkowa wartość rynku

Według raportu opublikowanego przez Międzynarodową Agencję Energii Odnawialnej (IRENA) w 2015 r., oczekuje się, że wartość sumy odpadów z paneli fotowoltaicznych w 2050 r. na globalnym rynku może osiągnąć 15 mld USD. Te szacunki zakładają. Że dzięki wypracowaniu metod właściwego przeprowadzenia recyklingu i ponownego przeznaczenia materiałów do użytku w najbliższych latach, możliwe będzie ich efektywne wykorzystanie.

Autorzy raportu oraz twórcy projektów związanych z inicjatywą recyklingu PV zwracają uwagę na dyrektywę Unii Europejskiej w sprawie zużytego sprzętu elektrycznego i elektronicznego (WEEE), która weszła w życie w lutym 2014 r. Dyrektywa ta ustanawia. Że w wyniku inicjatyw podejmowanych w bieżącym roku, powinno zostać odzyskanych co najmniej 85% odpadów z modułów fotowoltaicznych, a także 80% z nich ma być poddanych recyklingowi lub ponownie wykorzystanych.

Ostatnie dostępne dane na temat spełnienia tej normy, pochodzące z bazy danych EUROSTAT z 2018 roku, wykazują. Że na czele w ilości wszystkich odzyskanych z gospodarstw domowych odpadów elektronicznych znajdują się Chorwacja i Liechtenstein (ponad 80% odzyskanej masy elektronicznych odpadów), a także Estonia i Bułgaria (prawie 70%). Natomiast Polska, obok takich krajów jak Niemcy, Dania, Belgia czy Hiszpania, znajduje się w tych statystykach na średnim poziomie, w zakresie 35%-40%.

Usprawnianie metod recyklingu | CABRISS

CABRISS to wspólna inicjatywa 16 europejskich firm i instytutów badawczych. Która uzyskała akceptację unijnego programu ramowego „Horyzont 2020” w zakresie badań naukowych i innowacji. Misją projektu jest wzmacnianie w Europie lokalnej energetyki rozproszonej opartej na OZE przy wsparciu ulepszonych metod recyklingu.

Główną wizją projektu CABRISS, który jest skrótem od ‘REALIZACJA LOKALNEJ GOSPODARKI OPARTEJ NA RECYKLINGU, PONOWNYM UŻYTKOWANIU I ODZYSKANIU INDU, SILIKONU I SREBRA JAKO MATERIAŁÓW DO FOTOWOLTAIKI I INNYCH ZASTOSOWAŃ’, jest rozwój gospodarki w obiegu zamkniętym. Projekt ten skupia się na branży fotowoltaicznej, ale równocześnie obejmuje ogólnie ujęte gałęzie przemysłu elektronicznego i szklanego.

W ramach tego przedsięwzięcia, konsorcjum utworzone przez 11 firm i pięć instytutów badawczych z dziewięciu krajów UE, w roku 2018 opublikowało wyniki projektu, które wykazują, że zarządzanie wycofywaniem z eksploatacji i recyklingiem modułów PV może być wysoce ekonomicznym przedsięwzięciem.

W ramach projektu CABRISS „Horizon 2020”, który rozpoczął się w lipcu 2015 r., naukowcy z konsorcjum przedstawili trzy główne techniki.

Pierwsza z nich to proces delaminacji i odzyskiwania cennych materiałów, w tym srebra, indu, krzemu i szkła o wysokiej czystości. Z cienkich warstw modułów PV opartych na waflach krzemowych. Druga technika polega na odzyskiwaniu odpadów stałych z produkcji energii słonecznej – mieszanki rozbitych płytek i ogniw krzemowych. Natomiast trzecia to proces suszenia odpadów z PV w postaci proszku krzemowego. Który pochodzi z nadmiarowego materiału utraconego podczas procesu cięcia.

SKŁADNIKI PANELI PV ODZYSKIWANE PODCZAS RECYKLINGU
[ zestawienie według danych CABRISS ]

Aluminiowa rama i przednia szyba stanowią 80% masy każdego panelu fotowoltaicznego. Natomiast, 80% wartości panelu jest związane z materiałami używanymi do produkcji ogniw słonecznych. A w szczególności z krzemem, miedzią i srebrem. To z kolei toruje drogę do rozwoju rozwiązań technologicznych. Które oferują odzysk materiałów o najwyższej wartości przy najwyższej możliwej czystości.

Jeśli chodzi o demontaż panelu, po zdjęciu aluminiowej ramy i skrzynki przyłączeniowej jest on stosunkowo łatwy. Jednakże, trudność polega na rozwarstwieniu ‘kanapki’ z materiału. Który stanowi główny korpus i z którego można odzyskać cenne materiały. Główną przeszkodą w rozwarstwieniu jest degradacja kapsułkujących się polimerów. Przede wszystkim etylenu-octanu winylu (EVA).

Innowacje w metodach przemysłowego – recyklingu modułów PV

Najpopularniejsze obecnie mechaniczne metody odzyskiwania materiałów, takie jak dokładne cięcie, kruszenie oraz przesiewanie paneli PV z odzysku, są już stosowane na skalę przemysłową. W tym kontekście istnieje podział na dwie główne gałęzie tego przemysłu: kompleksowe odzyskiwanie wszystkich możliwych materiałów, skoncentrowane na technologii fotowoltaiki, oraz ‘downcykling’, czyli specjalizacja zakładów w odzyskiwaniu wyłącznie określonych rodzajów materiałów.

Z kolei, francuska firma Veolia, zajmująca się gospodarką wodną i odpadami oraz usługami energetycznymi, zainwestowała w 2018 roku w innowacje dla swojego zakładu zlokalizowanego w Rousset w południowej Francji, aby skupić się na przetwarzaniu paneli fotowoltaicznych. Dzięki temu obiekt stał się pierwszym tego rodzaju zakładem w Europie i może przetwarzać do 4000 ton rocznie z 95% stopą odzysku.

Ponadto, inne firmy koncentrują się na odzyskiwaniu wyłącznie określonych materiałów ze zużytych paneli, takich jak szkło. Metody ‘downcyklingu’ stosowane przez te firmy mogą spełniać wymagania dyrektywy WEEE, jednakże zapewniają odzyskanie tylko materiałów o niskiej czystości. W odpowiedzi na to, Komisja Europejska poparła wybrane projekty badawczo-rozwojowe, które mają na celu odzyskanie materiałów o wyższej wartości. Przykładami takiego nowego podejścia są metodyki opracowane przez włoską firmę Sasil w ramach niskoemisyjnego programu Life Commission lub zastosowane przez niemiecką spółkę inżynieryjną Geltza Umwelt-Technologie.

Wreszcie, zaproponowano zróżnicowane modele i wykonano obliczenia dotyczące użytecznego okresu użytkowania paneli PV i systemów wymiany modułów przed końcem ich ‘planowanego cyklu życia’. Statystyki ukazują, że światowy zapas modułów fotowoltaicznych oczekujących na przetworzenie może osiągnąć masę 1,7 do 8 milionów ton w 2030 r., a wartość ta może znacząco wzrosnąć do 60-78 mln ton w 2050 r. W skali europejskiej, analogiczną ilość paneli oczekujących na recykling w połowie tego wieku szacuje się na 10 milionów ton.

Aktualne sukcesy – wyodrębnianie drogich materiałów i ślad węglowy

Naukowcy projektu CABRISS Horizon 2020 oprócz innych działań opracowali również techniki ponownego wykorzystania osadzonych w panelach drogich materiałów. Takich jak srebro i krzem. W rezultacie oczyszczono odzyskany krzem z rozbitych płytek i ogniw PV do postaci materiału wysokiej klasy. Wykorzystując do tego procesy pirotechniczne i hydro-metalurgiczne do bezpośredniego ponownego wykorzystania w przemyśle fotowoltaicznym.

Z drugiej strony, Francuski Narodowy Instytut Energii Słonecznej (INES) rozwija nowe podejście do cięcia mechanicznego. Pierwsze wyniki są zachęcające i pokazują. Że można odzyskać szkło o wysokiej czystości, tworzywa sztuczne i metale. Po dalszym dopracowaniu konfiguracji procesu na skalę przemysłową, podejście INES mogłoby umożliwić ponowne wykorzystanie materiałów w gospodarce o obiegu zamkniętym. Co jednocześnie poprawiałoby ślad węglowy metod recyklingu paneli słonecznych. Dodatkowo, inne innowacyjne rozwiązania obejmują wykorzystanie płynów oraz cieczy nadkrytycznych lub jonowych do odzyskiwania metali szlachetnych z mieszanki.

W kontekście przemysłu, recykling modułów i paneli fotowoltaicznych pod koniec ich okresu użytkowania powinien szybko się rozwijać w nadchodzących latach. Przeprowadzone badania mają również wpływ na zwiększenie wpływu uwarunkowań ekologii na projekt jutrzejszych produktów. Skupiając się na możliwościach recyklingu i wpływie na środowisko.

Chociaż te dziedziny innowacji są wciąż niedostatecznie przebadane przez instytucje branżowe, to obserwując postępy badań naukowych i rozwój procesów przemysłowych. Można stwierdzić, że przyszłość Odnawialnych Źródeł Energii wydaje się być pełna obiecujących możliwości.

Źródła

PV Magazine _ pv-magazine.com/2020/05/13/pv-module-recyclers-aiming-for-high-purity-material-recovery/ | pv-magazine.com/2018/10/16/high-yield-recycling-of-pv-modules-demonstrated-by-eu-team/

CABRISS Oficjalna strona projektu _ spire2030.eu/cabriss

EUROSTAT _ ec.europa.eu/eurostat/web/waste/data

Zapraszamy do naszej hurtowni online

Fotografia _ iStock