Τα απόβλητα ηλιακών πάνελ αναμένεται να αυξηθούν κατά περισσότερο από 4000 τοις εκατό την επόμενη δεκαετία.Είναι έτοιμη η βιομηχανία ανακύκλωσης ηλιακών πάνελ να χειριστεί αυτούς τους όγκους;Με τη ζήτηση για νέα πάνελ να αυξάνεται εκθετικά και τις πρώτες ύλες σπανίζουν, ο αγώνας είναι σε εξέλιξη.
Ηλιακά πάνελη ανακύκλωση γίνεται πραγματική πρόκληση.Καθοριστικής σημασίας για την καθαρή μηδενική στρατηγική του Ηνωμένου Βασιλείου, η ηλιακή ενέργεια είναι μια μόνιμη και βιώσιμη επιλογή για τις επιχειρήσεις και τα νοικοκυριά και αναπτύσσεται γρήγορα.
Το 2021, το Ηνωμένο Βασίλειο πρόσθεσε 730 MW νέας ηλιακής ισχύος, ανεβάζοντας τον συνολικό όγκο σε 14,6 GW, αύξηση 5,3 τοις εκατό από το 2020, και — το δεύτερο τρίμηνο του 2022 — η ηλιακή ενέργεια συνέβαλε στο 6,4 τοις εκατό της συνολικής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας του Ηνωμένου Βασιλείου.Στο πλαίσιο της Στρατηγικής Ενεργειακής Ασφάλειας του Απριλίου, το Υπουργείο Επιχειρήσεων, Ενέργειας και Βιομηχανικής Στρατηγικής (BEIS) επιβεβαίωσε ότι έως το 2035, η ηλιακή εγκατάσταση του Ηνωμένου Βασιλείου αναμένεται να πενταπλασιαστεί, ανεβάζοντας τον συνολικό όγκο στα 70 GW: περίπου 15 τοις εκατό της προβλεπόμενης παραγωγής του ΗΒ. (και αυξανόμενες) απαιτήσεις ηλεκτρικής ενέργειας, σύμφωνα με την McKinsey.
Ένα αναδυόμενο ζήτημα είναι τι πρέπει να κάνουμε με τους ηλιακούς συλλέκτες μόλις φτάσουν στο τέλος της 30ετούς διάρκειας ζωής τους.Καθώς η ανάπτυξη της αγοράς συνεχίζει να εκτινάσσεται στο μέλλον, το ίδιο θα αυξηθεί και ο αυξανόμενος σωρός ηλιακών αποβλήτων.Σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (IRENA), το Ηνωμένο Βασίλειο προβλέπεται να δημιουργήσει 30.000 τόνους ηλιακών αποβλήτων την επόμενη δεκαετία.Επιπλέον, μια αύξηση των ανενεργών πάνελ προβλέπεται να κυκλοφορήσει στην αγορά τη δεκαετία του 2030, ότανηλιακούς συλλέκτεςαπό τη χιλιετία αρχίζουν να παραπαίουν.Το IRENA προβλέπει ότι τα παγκόσμια απόβλητα από ηλιακούς συλλέκτες θα κυμαίνονται μεταξύ 1,7 και οκτώ εκατομμυρίων τόνων το 2030.
Περαιτέρω, εμφανίζεται μια πιθανή συμφόρηση στην προσφορά πρώτων υλών, με τη ζήτηση για πάνελ να ξεπερνά τη διαθεσιμότητα παρθένων εξαρτημάτων.
Αυξάνεται η πίεση για τη βιομηχανία ανακύκλωσης ηλιακών πάνελ να αυξήσει την ικανότητά της προκειμένου να χειριστεί την άνοδο των πάνελ που δεν λειτουργούν και να υποστηρίξει την κατασκευή νέων ηλιακών συλλεκτών.Τον Ιούλιο, ο Sam Vanderhoof, ειδικός στον κλάδο της ηλιακής ενέργειας, πρότεινε ότι — παγκοσμίως — μόνο ένα στα δέκα φωτοβολταϊκά (PV) πάνελ ανακυκλώνεται με τα υπόλοιπα να καταλήγουν σε χώρους υγειονομικής ταφής, και πάλι αναφερόμενος σε δεδομένα από το IRENA.
Κανονισμός & συμμόρφωση
Εντός του Ηνωμένου Βασιλείου,Τα ηλιακά πάνελ ταξινομούνται επίσημα ωςΗλεκτρολογικά και ΗλεκτρονικάΕξοπλισμός(EEE), σε μια ειδική Κατηγορία 14. Ως εκ τούτου, τα φωτοβολταϊκά πάνελ καλύπτονται από τους κανονισμούς Waste EEE (WEEE).Το τέλος του κύκλου ζωής τους παρακολουθείται και η ανάπτυξη υποδομής ανακύκλωσης στερεών ηλιακών πάνελ βρίσκεται ήδη σε εξέλιξη.
Οι παραγωγοί ηλιακών πάνελ υποχρεούνται να συμμετάσχουν σε ένα Σχέδιο Συμμόρφωσης Παραγωγού (PCS), αναφέροντας τις ποσότητες που εισάγονται στην αγορά και λαμβάνουν σημειώσεις συμμόρφωσης για την κάλυψη της μελλοντικής ανακύκλωσης αυτών των μονάδων.Πρέπει επίσης να επισημαίνουν προϊόντα για να ενημερώνουν τους χρήστες και τις εγκαταστάσεις επεξεργασίας σχετικά με τη σύνθεση του υλικού και τη σωστή απόρριψη.
Ταυτόχρονα, οι διανομείς πρέπει να συλλέγουν προϊόντα στο τέλος του κύκλου ζωής τους.Πρέπει να έχουν διαδικασία παραλαβής για τα απόβλητα φωτοβολταϊκών ή να συνεισφέρουν σε ένα εγκεκριμένο από την κυβέρνηση σχέδιο ανάληψης.
Ωστόσο, σύμφωνα με τον Scott Butler, Chief Executive of Material Focus, μια ΜΚΟ που χρηματοδοτείται από τα τέλη συμμόρφωσης WEEE, υπάρχουν ορισμένες διακριτές εκτιμήσεις που θα επηρεάσουν την ανάκτηση των ηλιακών συλλεκτών: «Με τα φωτοβολταϊκά θα περίμενε κανείς να υπάρχει μια σχέση εγκαταστάτη/απεγκαταστάτη για νοικοκυριά.Αν και είναι εγχώριο προϊόν, δεν είναι κάτι που πολλοί άνθρωποι θα μπορούν να χειριστούν μόνοι τους.
«Φαντάζομαι ότι η αποεγκατάσταση πρέπει να περιλαμβάνει έναν εγγεγραμμένο επαγγελματία για ηλεκτρικό δίκτυο… και μπορεί να είναι το κλειδί για τη διαχείριση αυτών των [απόβλητων].Αν και μπορεί να είναι δύσκολο επειδή δεν είναι προετοιμασμένοι να χειρίζονται τα απόβλητα, δεν είναι τόσο δύσκολο να γίνεις φορέας απορριμμάτων».
Ο Μπάτλερ σημειώνει ότι οι ηλιακοί συλλέκτες που πλησιάζουν τώρα στο τέλος της ζωής τους μπορεί να αποδειχθούν δύσκολο να ανακυκλωθούν λόγω της ποικιλίας στην κατασκευή: «Όσον αφορά την ανακύκλωση, νομίζω ότι η πρόκληση με τα φωτοβολταϊκά θα είναι η κατανόηση της χημείας γιατί, ιδιαίτερα στην αρχή, υπάρχουν πολλά διαφορετικά χημικά μείγματα σε εξέλιξη.Πράγματα που θα αρχίσουν να βγαίνουν τώρα είναι αρκετά παλιά, 20 χρόνια είναι ένας αρκετά μακρύς κύκλος.Επομένως, ίσως υπάρχει ένα κενό πληροφοριών που μπορεί να πρέπει να καλυφθεί ως προς το ποιος έβαλε τι στην αγορά και τι είναι».
Διαδικασίες ανακύκλωσης
Οι διαδικασίες ανακύκλωσης για πάνελ ποικίλλουν ανάλογα με τη σύνθεση του ηλιακού πάνελ, η πιο κοινή από τις οποίες βασίζεται σε πυρίτιο.Γνωστά για την οικονομική προσιτότητα και την ευελιξία τους, τα ηλιακά πάνελ πυριτίου αποτελούσαν μερίδιο 73,3 τοις εκατό της αγοράς το 2020.Το λεπτό φιλμ αντιπροσώπευε το 10,4 τοις εκατό και τα πάνελ που κατασκευάστηκαν από άλλα υλικά (ευαισθητοποιημένα σε βαφές, συμπυκνωμένα φωτοβολταϊκά, οργανικά υβρίδια) αντιπροσώπευαν το υπόλοιπο 16,3 τοις εκατό (Chowdhury et al, 2020).
Όταν συλλέγονται, οποιαδήποτεΦ/Β πίνακαςείναι δύσκολο να αποσυναρμολογηθεί.Το πλαίσιο αλουμινίου και το κουτί διακλάδωσης μπορούν να αφαιρεθούν αρκετά απλά.Το δύσκολο κομμάτι είναι το πλαστικοποιημένο επίπεδο γυαλί, το οποίο περιέχει μικρές ποσότητες σιδηρούχων και μη σιδηρούχων μετάλλων, πλαστικών και ημιαγωγών.Όσον αφορά τις λύσεις επεξεργασίας, η πρόκληση δεν είναι τεχνική, καθώς η πυρόλυση, ο κρυογενικός διαχωρισμός (κατάψυξη) και ο μηχανικός τεμαχισμός υπάρχουν ως τεχνικές διαχωρισμού για τα διάφορα υλικά.Η μεγαλύτερη πρόκληση είναι ότι τα φωτοβολταϊκά πάνελ δεν δημιουργούν απόβλητα παρόμοια με απόβλητα συσκευασίας ή αναλώσιμα με μικρή διάρκεια ζωής.Επομένως, το κύριο ερώτημα είναι οικονομικό: ποιος θα επενδύσει σε μια γραμμή επεξεργασίας που δεν έχει ιδέα πότε θα φτάσουν τα απόβλητα;
Τα πάνελ λεπτής μεμβράνης περιλαμβάνουν μια διαδικασία επεξεργασίας, η οποία απαιτεί ορισμένα πρόσθετα βήματα για την ανάκτηση του σύνθετου μετάλλου «τελλουριδίου του καδμίου» περιβαλλοντικά υγιή.Αν και είναι λιγότερο δημοφιλής επιλογή, τα πάνελ λεπτής μεμβράνης έχουν πιο αποτελεσματική χρήση υλικού, φιλοξενώντας έναν λεπτότερο ημιαγωγό, εξοικονομώντας κόστος και άνθρακα κατά την κατασκευή.Αυτά τα πάνελ αποδίδουν καλύτερα σε χαμηλό φωτισμό και σε «ακραίες» γωνίες, χρήσιμα για κάθετες επιφάνειες και προσόψεις.
Για την ανάκτηση των υλικών, τα φωτοβολταϊκά πάνελ λεπτής μεμβράνης τεμαχίζονται για να αφαιρεθεί η πλαστικοποίηση, προτού διαχωριστούν τα στερεά και τα υγρά θραύσματα με μια περιστρεφόμενη βίδα.Στη συνέχεια, η μεμβράνη αφαιρείται χρησιμοποιώντας οξύ και υπεροξείδιο, ακολουθούμενη από την απομάκρυνση των ενδιάμεσων υλικών με δόνηση, ενώ το υπόλοιπο γυαλί και μέταλλο διαχωρίζονται και ανακτώνται.
Ανακύκλωση ηλιακών συλλεκτών σε κλίμακα
Παρά τις τρέχουσες πρωτοβουλίες ανακύκλωσης που αυξάνονται σταθερά, επί του παρόντος ανακτάται μόνο το 80 έως 95 τοις εκατό των υλικών ηλιακών πάνελ που οδηγούν στην ανακύκλωση.Για να το προωθήσει αυτό, η εταιρεία διαχείρισης απορριμμάτων Veolia ηγείται ενός έργου για την πλήρη ανακύκλωση ηλιακών πάνελ σε βιομηχανική κλίμακα, σε ένα συνεχιζόμενο έργο που χρηματοδοτείται από το EIT RawMaterials.Η ReProSolar αναπτύσσει μια εξαιρετικά αποτελεσματική διαδικασία για την ανακύκλωση πάνελ στο τέλος του κύκλου ζωής τους, επιτρέποντας την ανάκτηση όλων των εξαρτημάτων φωτοβολταϊκών μονάδων με βάση το πυρίτιο.
Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία αποκόλλησης για τον διαχωρισμό του ηλιακού κυττάρου από τη γυάλινη πλάκα, οι φυσικές και χημικές διεργασίες ανακτούν όλα τα υλικά, συμπεριλαμβανομένου του καθαρού ασημιού και του πυριτίου, χωρίς να καταστρέφουν τις φωτοβολταϊκές μονάδες.
Σε συνεργασία με τις FLAXRES GmbH και ROSI Solar, δύοεταιρείες τεχνολογίαςπου αναπτύσσουν νέες μεθόδους για την ανάκτηση πρώτων υλών από φωτοβολταϊκά πάνελ, το έργο θα δοκιμάσει τη σκοπιμότητα σε βιομηχανική κλίμακα μέχρι το τέλος του έτους, με 5.000 τόνους παροπλισμένων φωτοβολταϊκών μονάδων που θα επεξεργάζονται ετησίως σε μονάδα επίδειξης στη Γερμανία το 2024.
Η εμπορευματοποίηση μιας πλήρους διαδικασίας ανακύκλωσης είναι το κλειδί για την αντιμετώπιση της τρέχουσας πρόκλησης της αγοράς, φέρνοντας μια ισχυρή προσφορά ανακτημένων εξαρτημάτων φωτοβολταϊκών πάνελ για την κάλυψη της αυξανόμενης ζήτησης για πάνελ και τη διαχείριση των αυξανόμενων όγκων των απορριμμάτων ηλιακών πάνελ.
Θα μπορούσαν να προκύψουν σημαντικά οικονομικά οφέλη από την ανάκτηση εξαρτημάτων φωτοβολταϊκών πάνελ υψηλής αξίας καθώς η ζήτηση αυξάνεται.Το ασήμι, για παράδειγμα, ενώ αντιπροσωπεύει το 0,05 τοις εκατό του βάρους του πάνελ, αποτελεί το 14 τοις εκατό της αγοραίας αξίας του.Άλλα πολύτιμα και ανακτήσιμα μέταλλα περιλαμβάνουν το αλουμίνιο, τον χαλκό και το τελλούριο.Σύμφωνα με τη Rystad Energy, ενώ τα ανακτημένα υλικά από φ/β πάνελ στο τέλος του κύκλου ζωής τους ανέρχονται σήμερα σε 170 εκατομμύρια δολάρια, η αξία τους αναμένεται να ξεπεράσει τα 2,7 δισεκατομμύρια δολάρια το 2030.
Επανασχεδιασμός ηλιακών συλλεκτών
Εκτός από τις καινοτομίες στον κόσμο της ανακύκλωσης ηλιακών πλαισίων, ο σχεδιασμός των πάνελ επανασχεδιάζεται επίσης με γνώμονα την επαναχρησιμοποίηση.Ο Ολλανδικός Οργανισμός Εφαρμοσμένης Επιστημονικής Έρευνας (TNO) αποκάλυψε τους πρόσφατα αναπτυγμένους ηλιακούς συλλέκτες «Σχεδιασμός για Ανακύκλωση» (D4R) τον Δεκέμβριο του 2021, που κατασκευάστηκαν με γνώμονα το τέλος του κύκλου ζωής τους.Τα πάνελ, με δοκιμασμένη διάρκεια ζωής 30 ετών, έχουν σχεδιαστεί για εύκολη αποσυναρμολόγηση χωρίς να καταστρέφουν εξαρτήματα.
Τα πάνελ, εγκλωβισμένα με αυτοκόλλητο φύλλο, συγκρατούν έναν ενσωματωμένο μηχανισμό σκανδάλης για το διαχωρισμό των κελιών και των πλαισίων.Η διαδικασία είναι χαμηλής ενέργειας και δεν περιλαμβάνει τοξικά στοιχεία.
Η έρευνα στεγάζεται σε δύο έργα, το πρώτο είναι το έργο DEREC, το οποίο σχεδίασε και δοκίμασε τα πάνελ D4R σε μικρή κλίμακα για να εξασφαλίσει την καθαρή αποσυναρμολόγηση τους μετά από προσομοίωση ζωής.Στη συνέχεια, το έργο PARSEC θα κλιμακώσει την τεχνολογία σε πάνελ D4R πλήρους μεγέθους για εμπορική και οικιακή χρήση.
Ενώ είναι πάνελκατασκευάζονταιΠριν από σχεδόν 30 χρόνια, που αποτελούν την τρέχουσα πρόκληση για τους ανακυκλωτές, τα πάνελ D4R μπορούν να απλοποιήσουν την ανακύκλωση πάνελ για να προωθήσουν τη βιομηχανία.Και, εκτός από τα νέα πάνελ, η κοινοπραξία ερευνά τεχνικές ανακύκλωσης για τα τρέχοντα μοντέλα ηλιακών πάνελ, για να επιτύχει την απόκτηση καθαρού πυριτίου για επαναχρησιμοποίηση.
Συμπερασματικά
Σωρευτικά, αυτές οι καινοτομίες δείχνουν πολλά υποσχόμενες στην εστίασή τους στην εμπορευματοποίηση, αν και παραμένει ανησυχία για το κατά πόσο θα επιτευχθεί η απαιτούμενη κλίμακα, με τον όγκο των πάνελ που δεν λειτουργούν και τη ζήτηση για νέα να αυξάνονται.Ωστόσο, εάν οι προσπάθειες εμπορευματοποίησης πάνε καλά και εάν μπορούν να παραδοθούν σχέδια για την κατασκευή πάνελ από πλήρως ανακτημένα υλικά, η βιομηχανία ηλιακών πάνελ εξετάζει μια ισχυρή κυκλική οικονομία.
Ώρα δημοσίευσης: Ιαν-11-2023