A NAPELEMEK ÚJRAHASZNOSÍTÁSÁNAK KIHÍVÁSAI

A napelemek hulladékának növekedése több mint 4000 százalékkal fog növekedni a következő évtizedben.A napelem-újrahasznosító ipar készen áll ezeknek a mennyiségeknek a kezelésére?Az új panelek iránti kereslet exponenciálisan növekszik és a nyersanyagok szűkösek, a verseny beindul.

Napelemaz újrahasznosítás igazi kihívássá válik.Az Egyesült Királyság nettó nulladik stratégiája szempontjából kritikus fontosságú, hogy a napenergia tartós és fenntartható lehetőség a vállalkozások és a háztartások számára, és gyorsan növekszik.

2021-ben az Egyesült Királyság 730 MW új napenergia-kapacitással bővítette a teljes mennyiséget 14,6 GW-ra, ami 5,3 százalékos növekedés 2020-hoz képest, és – 2022 második negyedévében – a napenergia az Egyesült Királyság teljes villamosenergia-termelésének 6,4 százalékát tette ki.Az áprilisi energiabiztonsági stratégián belül az Üzleti, Energiaügyi és Ipari Stratégia Minisztériuma (BEIS) megerősítette, hogy 2035-re az Egyesült Királyságban a napelemek elterjedtsége várhatóan megötszöröződik, és a teljes mennyiség 70 GW-ra emelkedik: az Egyesült Királyság által tervezett energia körülbelül 15 százaléka. (és növekvő) villamosenergia-igény a McKinsey szerint.

Felmerülő kérdés, hogy mi a teendő a napelemekkel, ha azok elérik 30 éves élettartamuk végét.Ahogy a piac növekedése a jövőben is felgyorsul, a napelemes hulladékok egyre növekvő halma is növekedni fog.A Nemzetközi Megújuló Energia Ügynökség (IRENA) szerint az Egyesült Királyságban az előrejelzések szerint 30 000 tonna szoláris hulladék keletkezik a következő évtizedben.Ráadásul az előrejelzések szerint a 2030-as években megjelenik a piacra a megszűnt panelek száma, amikornapelemekévezredtől kezdenek akadozni.Az IRENA előrejelzése szerint 2030-ban a napelemekből származó hulladék mennyisége 1,7 és 8 millió tonna között lesz.

Ezen túlmenően a nyersanyag-ellátás potenciális szűk keresztmetszete szövődik, mivel a panelek iránti kereslet várhatóan meghaladja az eredeti alkatrészek elérhetőségét.

Növekszik a nyomás a napelem-újrahasznosító iparban, hogy növelje kapacitását annak érdekében, hogy kezelni tudja a megszűnt panelek növekedését és támogassa az új napelemek gyártását.Júliusban Sam Vanderhoof, a napenergia-ágazat szakértője azt javasolta, hogy – világszerte – minden tizedik fotovoltaikus (PV) panelt hasznosítsák újra, a többi pedig hulladéklerakóba kerül, ismét az IRENA adataira hivatkozva.

Szabályozás és megfelelés

Az Egyesült Királyságon belüla napelemeket formálisan aElektromos és ElektronikusFelszerelés(EEE), egy külön 14. kategória alatt. Mint ilyenek, a fotovillamos panelekre a Hulladék EEE (WEEE) rendelet vonatkozik;Élettartamuk végét figyelemmel kísérik, és már folyamatban van a szilárd napelem-újrahasznosítási infrastruktúra fejlesztése.

A napelem-gyártók kötelesek csatlakozni a gyártói megfelelőségi rendszerhez (PCS), bejelentve a piacra juttatott mennyiségeket, és megfelelőségi feljegyzéseket kell beszerezniük az ilyen egységek jövőbeni újrahasznosítására vonatkozóan.Ezenkívül meg kell jelölniük a termékeket, hogy tájékoztassák a felhasználókat és a kezelő létesítményeket az anyagösszetételről és a helyes ártalmatlanításról.

Ezzel párhuzamosan a forgalmazóknak be kell gyűjteniük az elhasználódott termékeket.Rendelkezniük kell a fotovoltaikus hulladékok visszavételi eljárásával, vagy hozzá kell járulniuk a kormány által jóváhagyott visszavételi rendszerhez.

Scott Butler, a Material Focus vezérigazgatója szerint azonban egy WEEE-megfelelőségi díjakból finanszírozott civil szervezet, van néhány megkülönböztető megfontolás, amely hatással lesz a napelemek helyreállítására: „A PV-nél elvárható, hogy telepítő/eltávolító kapcsolat alakuljon ki háztartások.Noha ez egy hazai termék, sok ember nem fogja tudni megbirkózni vele.

„Azt képzelem, hogy a leszerelésben egy bejegyzett hálózati elektromos szakembert kell bevonni… és ők lehetnek a kulcsa ennek a [hulladéknak] a kezeléséhez.Noha ez nehéz lehet, mert nincsenek felkészítve a hulladék kezelésére, nem olyan nehéz hulladékszállítóvá válni.”

Butler megjegyzi, hogy az élettartamuk végéhez közeledő napelemek újrahasznosítása kihívást jelenthet a gyártásban tapasztalható eltérések miatt: „Az újrahasznosítással kapcsolatban úgy gondolom, hogy a napelemekkel kapcsolatos kihívás a kémia megértése lesz, mert különösen az elején rengeteg különféle kémiai keverék folyik.Elég régiek azok a dolgok, amik most kezdenek megjelenni, 20 év elég hosszú ciklus.Tehát lehet, hogy van egy információs hézag, amelyet be kell tömni, hogy ki mit hozott a piacra és mi az.”

Újrahasznosítási folyamatok

A panelek újrahasznosítási folyamatai a napelem összetételétől függően változnak, amelyek közül a legelterjedtebb a szilícium alapú.A megfizethetőségükről és rugalmasságukról ismert szilícium napelemek a piac 73,3 százalékát tették ki 2020-ban;A vékonyréteg 10,4 százalékát, a többi anyagból (festékérzékeny, koncentrált fotovoltaikus, szerves hibridek) készült panelek 16,3 százalékát adták (Chowdhury et al, 2020).

Összegyűjtéskor bármilyenPV panelnehéz szétszedni.Az alumínium keret és a csatlakozódoboz egyszerűen eltávolítható;A kihívást jelentő rész a laminált síküveg lemez, amely kis mennyiségben tartalmaz vas- és színesfémeket, műanyagokat és félvezető anyagokat.A kezelési megoldásokat illetően a kihívás nem technikai jellegű, hiszen a különböző anyagok elválasztási technikájaként létezik pirolízis, kriogén leválasztás (fagyasztás), mechanikus aprítás.A legnagyobb kihívás az, hogy a PV panelek nem termelnek a csomagolási hulladékhoz hasonló hulladékot vagy rövid élettartamú fogyóeszközöket.Ezért a fő kérdés gazdasági: ki fog beruházni egy olyan kezelősorba, amelyről fogalma sincs, mikor érkezik meg a hulladék?

A vékonyrétegű panelek kezelési eljárást igényelnek, amely további lépéseket igényel a „kadmium-tellurid” összetett fém környezetkímélő kinyeréséhez.Míg kevésbé népszerű választás, a vékonyrétegű panelek anyaghasználata hatékonyabb, vékonyabb félvezetőt tartalmaznak, így költséget és szén-dioxidot takarítanak meg a gyártás során.Ezek a panelek gyengébb fényben és „extrém” szögekben jobban teljesítenek, függőleges felületeken és homlokzatokon hasznosak.

Az anyagok visszanyeréséhez a vékonyrétegű PV paneleket aprítják a laminált réteg eltávolítása érdekében, mielőtt a szilárd és folyékony szilánkokat egy forgó csavar választja el egymástól.Ezután savval és peroxiddal távolítják el a filmet, majd vibrációval távolítják el a rétegközi anyagokat, míg a maradék üveget és fémet elválasztják és visszanyerik.

Napelem-újrahasznosítás léptékben

Annak ellenére, hogy a jelenlegi újrahasznosítási kezdeményezések folyamatosan növekszenek, jelenleg az újrahasznosításra kerülő napelem-anyagoknak csak 80-95 százalékát nyerik vissza.Ennek előmozdítása érdekében a Veolia hulladékgazdálkodási vállalat egy olyan projektet vezet, amelynek célja a napelemek teljes körű újrahasznosítása ipari méretekben, az EIT RawMaterials által finanszírozott folyamatban lévő projektben.A ReProSolar rendkívül hatékony eljárást fejleszt ki az elhasználódott panelek újrahasznosítására, amely lehetővé teszi az összes szilícium alapú PV-modul komponens visszanyerését.

A delaminációs technológiát alkalmazva a napelemnek az üveglaptól való elválasztására a fizikai és kémiai folyamatok során az összes anyagot, beleértve a tiszta ezüstöt és a szilíciumot is, kinyerhetők a PV-modulok tönkretétele nélkül.

A FLAXRES GmbH-val és a ROSI Solarral együttműködve kettőtechnológiai cégekamelyek új módszereket fejlesztenek ki a PV panelekből nyersanyagok visszanyerésére, a projekt az év végéig ipari méretekben teszteli a megvalósíthatóságot, és 2024-ben évente 5000 tonna leszerelt PV modult dolgoznak fel egy németországi bemutató üzemben.

A teljes újrahasznosítási folyamat kereskedelmi forgalomba hozatala kulcsfontosságú a jelenlegi piaci kihívásoknak való megfelelés szempontjából, mivel a hasznosított napelem-elemek jelentős kínálata megfelel a panelek iránti növekvő keresletnek, és kezeli a napelem-hulladék felszerelési mennyiségét.

A kereslet növekedésével jelentős gazdasági előnyök származhatnak a nagy értékű PV panelelemek visszanyerésével.Az ezüst például, bár a panel tömegének 0,05 százalékát teszi ki, piaci értékének 14 százalékát teszi ki.Egyéb értékes és hasznosítható fémek közé tartozik az alumínium, a réz és a tellúr.A Rystad Energy szerint míg az élettartamuk végén lévő napelem-panelekből nyert anyagok értéke jelenleg 170 millió dollár, addig 2030-ban több mint 2,7 milliárd dollárt érnek el.

Napelemek újratervezése

A napelem-újrahasznosítás világában megvalósuló innovációk mellett a panelek dizájnját is újragondolják, az újrahasználatot szem előtt tartva.A Holland Alkalmazott Tudományos Kutatási Szervezet (TNO) 2021 decemberében mutatta be új fejlesztésű „Design for Recycling” (D4R) napelemeit, amelyeket az életciklus végi szempontok figyelembevételével gyártottak.A tesztelt, 30 éves élettartammal rendelkező paneleket úgy tervezték, hogy könnyen szétszerelhetők legyenek az alkatrészek károsodása nélkül.

A ragasztófóliába zárt panelek egy integrált kioldó mechanizmust tartalmaznak a cellák és a keretek elválasztására.Az eljárás alacsony energiaigényű, és nem tartalmaz mérgező elemeket.

A kutatásnak két projekt ad otthont, az első a DEREC projekt, amely a D4R paneleket kis léptékben konceptualizálta és tesztelte, hogy a szimulált élettartamot követően tiszta szétszerelést biztosítsanak.A PARSEC projekt ezt követően a technológiát teljes méretű D4R panelekre bővíti kereskedelmi és lakossági használatra.

Miközben panelekről van szógyártottA közel 30 évvel ezelőtti D4R panelek, amelyek a jelenlegi kihívást jelentették az újrahasznosítóknak, leegyszerűsíthetik a panelek újrahasznosítását, hogy előremozdítsák az ipart.Az új panelek mellett a konzorcium a jelenlegi napelem-modellek újrahasznosítási technikáit kutatja annak érdekében, hogy tiszta szilíciumot nyerjen az újrafelhasználáshoz.

Következtetésképpen

Összességében ezek az újítások ígéretesnek mutatkoznak a kereskedelmi forgalomba hozatalra összpontosítva, bár továbbra is aggodalomra ad okot, hogy sikerül-e teljesíteni a szükséges mértéket, mivel mind a megszűnt panelek mennyisége, mind az újak iránti kereslet növekszik.Ha azonban a kereskedelmi forgalomba hozatali erőfeszítések jól mennek, és sikerül megvalósítani a teljesen visszanyert anyagokból panelek gyártását, a napelemipar robusztus körkörös gazdaságot néz.