DIE HERAUSFORDERUNGEN DES SOLARPANEL-RECYCLINGS

Der Abfall von Solarmodulen wird im nächsten Jahrzehnt voraussichtlich um mehr als 4000 Prozent zunehmen.Ist die Recyclingindustrie für Solarmodule bereit, diese Mengen zu bewältigen?Da die Nachfrage nach neuen Modulen exponentiell steigt und die Rohstoffe knapp sind, ist der Wettlauf eröffnet.

SonnenkollektorRecycling wird zu einer echten Herausforderung.Von entscheidender Bedeutung für die Netto-Null-Strategie des Vereinigten Königreichs ist Solarenergie eine dauerhafte und nachhaltige Option für Unternehmen und Haushalte, und sie wächst schnell.

Im Jahr 2021 fügte das Vereinigte Königreich 730 MW neue Solarkapazität hinzu, wodurch sich das Gesamtvolumen auf 14,6 GW erhöhte, was einer Steigerung von 5,3 Prozent gegenüber 2020 entspricht, und im zweiten Quartal 2022 trug Solarenergie 6,4 Prozent zur gesamten Stromerzeugung des Vereinigten Königreichs bei.Im Rahmen der Energiesicherheitsstrategie vom April bestätigte das Ministerium für Unternehmens-, Energie- und Industriestrategie (BEIS), dass sich der Solareinsatz im Vereinigten Königreich bis 2035 voraussichtlich verfünffachen und das Gesamtvolumen auf 70 GW steigen wird: rund 15 Prozent der im Vereinigten Königreich prognostizierten Menge (und steigender) Strombedarf, so McKinsey.

Ein aufkommendes Problem ist, was mit Solarmodulen zu tun ist, wenn diese das Ende ihrer 30-jährigen Lebensdauer erreicht haben.Da das Marktwachstum in Zukunft weiter ansteigt, wird auch der wachsende Haufen Solarmüll zunehmen.Nach Angaben der Internationalen Agentur für Erneuerbare Energien (IRENA) wird Großbritannien im nächsten Jahrzehnt voraussichtlich 30.000 Tonnen Solarmüll erzeugen.Darüber hinaus wird prognostiziert, dass in den 2030er Jahren ein Anstieg nicht mehr funktionierender Panels auf den Markt kommen wirdSolarplattenab der Jahrtausendwende geraten ins Wanken.IRENA prognostiziert, dass der weltweite Abfall aus Solarpaneelen im Jahr 2030 zwischen 1,7 und acht Millionen Tonnen betragen wird.

Darüber hinaus droht ein potenzieller Engpass bei der Versorgung mit Rohstoffen, da die Nachfrage nach Modulen die Verfügbarkeit neuer Komponenten übersteigen dürfte.

Der Druck auf die Solarpanel-Recyclingindustrie wächst, ihre Kapazitäten zu erhöhen, um den Anstieg nicht mehr funktionierender Module zu bewältigen und die Herstellung neuer Solarmodule zu unterstützen.Im Juli schlug Sam Vanderhoof, ein Experte für die Solarindustrie, vor, dass weltweit nur jedes zehnte Photovoltaikmodul (PV) recycelt wird und der Rest auf der Mülldeponie landet, und bezog sich dabei erneut auf Daten von IRENA.

Regulierung und Compliance

Innerhalb des Vereinigten KönigreichsSolarmodule werden formal klassifiziert alsElektrisch und elektronischAusrüstung(EEE), unter einer speziellen Kategorie 14. Daher fallen PV-Module unter die Waste EEE (WEEE) Regulations;Ihr Lebensende wird überwacht und der Aufbau einer soliden Recycling-Infrastruktur für Solarmodule ist bereits im Gange.

Hersteller von Solarmodulen sind verpflichtet, einem Producer Compliance Scheme (PCS) beizutreten, die auf den Markt gebrachten Mengen zu melden und Konformitätserklärungen einzuholen, um das zukünftige Recycling dieser Einheiten abzudecken.Außerdem müssen sie Produkte kennzeichnen, um Anwender und Behandlungseinrichtungen über die Materialzusammensetzung und die richtige Entsorgung zu informieren.

Gleichzeitig müssen Händler Altprodukte einsammeln.Sie müssen über ein Rücknahmeverfahren für PV-Abfälle verfügen oder sich an einem staatlich genehmigten Rücknahmesystem beteiligen.

Laut Scott Butler, Geschäftsführer von Material Focus, einer aus WEEE-Compliance-Gebühren finanzierten NGO, gibt es jedoch einige besondere Überlegungen, die sich auf die Verwertung von Solarmodulen auswirken: „Bei PV würde man erwarten, dass es eine Beziehung zwischen Installateur und Deinstallateur gibt.“ Haushalte.Obwohl es sich um ein inländisches Produkt handelt, werden viele Menschen nicht in der Lage sein, selbst damit umzugehen.

„Ich stelle mir vor, dass bei der Deinstallation ein registrierter Fachmann für Netzelektrik beteiligt sein muss … und dieser könnte der Schlüssel zur Verwaltung dieser [Abfälle] sein.Auch wenn es schwierig sein kann, weil sie nicht auf den Umgang mit Abfällen vorbereitet sind, ist es gar nicht so schwer, Abfalltransporteur zu werden.“

Butler weist darauf hin, dass sich das Recycling von Solarmodulen, die sich jetzt dem Ende ihrer Lebensdauer nähern, aufgrund der Unterschiede in der Herstellung als schwierig erweisen könnte: „Was das Recycling betrifft, denke ich, dass die Herausforderung bei PVs darin bestehen wird, die Chemie zu verstehen, denn insbesondere am Anfang Es gibt viele verschiedene chemische Mischungen.Die Dinge, die jetzt herauskommen, sind ziemlich alt, 20 Jahre sind ein ziemlich langer Zyklus.Vielleicht gibt es also eine Informationslücke, die geschlossen werden muss, wenn es darum geht, wer was auf den Markt bringt und was es ist.“

Recyclingprozesse

Die Recyclingverfahren für Module variieren je nach Zusammensetzung des Solarmoduls, wobei das häufigste davon auf Silizium basiert.Silizium-Solarmodule sind für ihre Erschwinglichkeit und Flexibilität bekannt und hatten im Jahr 2020 einen Marktanteil von 73,3 Prozent.Auf Dünnfilme entfielen 10,4 Prozent und auf Paneele aus anderen Materialien (farbstoffsensibilisierte, konzentrierte Photovoltaik, organische Hybride) entfielen die restlichen 16,3 Prozent (Chowdhury et al., 2020).

Bei Abholung: beliebigPV-Panelist schwer zu zerlegen.Der Aluminiumrahmen und die Anschlussdose lassen sich einfach abnehmen;Der herausfordernde Teil ist die laminierte Flachglasscheibe, die geringe Mengen an Eisen- und Nichteisenmetallen, Kunststoffen und Halbleitermaterial enthält.Bei den Aufbereitungslösungen handelt es sich nicht um eine technische Herausforderung, da Pyrolyse, kryogene Trennung (Gefrieren) und mechanische Zerkleinerung als Trenntechniken für die verschiedenen Materialien existieren.Die größte Herausforderung besteht darin, dass PV-Module keinen Abfall erzeugen, der Verpackungsmüll oder Verbrauchsmaterialien mit kurzer Lebensdauer ähnelt.Daher ist die Hauptfrage eine wirtschaftliche: Wer wird in eine Behandlungslinie investieren, die keine Ahnung hat, wann der Abfall ankommt?

Bei Dünnschichtplatten handelt es sich um einen Aufbereitungsprozess, der einige zusätzliche Schritte erfordert, um das Verbindungsmetall „Cadmiumtellurid“ umweltverträglich zurückzugewinnen.Dünnschicht-Panels sind zwar eine weniger beliebte Wahl, haben aber eine effizientere Materialausnutzung, da sie einen dünneren Halbleiter beherbergen und bei der Herstellung Kosten und CO2 einsparen.Diese Paneele bieten eine bessere Leistung bei schwachem Licht und in „extremen“ Winkeln, was für vertikale Flächen und Fassaden nützlich ist.

Zur Rückgewinnung der Materialien werden Dünnschicht-PV-Module zerkleinert, um die Laminierung zu entfernen, bevor die festen und flüssigen Scherben durch eine rotierende Schnecke getrennt werden.Anschließend wird der Film mit Säure und Peroxid entfernt, anschließend werden die Zwischenschichtmaterialien durch Vibration entfernt, während das verbleibende Glas und Metall abgetrennt und zurückgewonnen wird.

Recycling von Solarmodulen im großen Maßstab

Obwohl die aktuellen Recyclinginitiativen stetig zunehmen, werden derzeit nur 80 bis 95 Prozent der Solarmodulmaterialien, die es ins Recycling schaffen, wiedergewonnen.Um dies voranzutreiben, leitet das Abfallentsorgungsunternehmen Veolia im Rahmen eines laufenden, von EIT RawMaterials finanzierten Projekts ein Projekt zur vollständigen Wiederverwertung von Solarmodulen im industriellen Maßstab.ReProSolar entwickelt ein hocheffizientes Verfahren zum Recycling von Altmodulen, das die Rückgewinnung aller siliziumbasierten PV-Modulkomponenten ermöglicht.

Mithilfe der Delaminierungstechnologie zur Trennung der Solarzelle von der Glasplatte werden durch physikalische und chemische Prozesse alle Materialien, einschließlich reinem Silber und Silizium, zurückgewonnen, ohne die PV-Module zu zerstören.

In Partnerschaft mit FLAXRES GmbH und ROSI Solar, zweiTechnologieunternehmendie neue Methoden zur Rückgewinnung von Rohstoffen aus PV-Modulen entwickeln, wird das Projekt bis Ende des Jahres die Machbarkeit im industriellen Maßstab testen, wobei 2024 jährlich 5.000 Tonnen stillgelegter PV-Module in einer Demonstrationsanlage in Deutschland verarbeitet werden sollen.

Die Kommerzialisierung eines vollständigen Recyclingprozesses ist der Schlüssel zur Bewältigung der aktuellen Marktherausforderung, indem ein großes Angebot an wiedergewonnenen PV-Modulkomponenten bereitgestellt wird, um die steigende Nachfrage nach Modulen zu decken und die steigenden Mengen an Solarmodulabfällen zu bewältigen.

Bei steigender Nachfrage könnten durch die Rückgewinnung hochwertiger PV-Modulkomponenten erhebliche wirtschaftliche Gewinne erzielt werden.Silber beispielsweise macht zwar 0,05 Prozent des Panelgewichts aus, macht aber 14 Prozent seines Marktwerts aus.Weitere wertvolle und gewinnbare Metalle sind Aluminium, Kupfer und Tellur.Laut Rystad Energy haben die zurückgewonnenen Materialien aus ausgedienten PV-Modulen zwar derzeit einen Wert von 170 Millionen US-Dollar, im Jahr 2030 sollen sie jedoch einen Wert von mehr als 2,7 Milliarden US-Dollar haben.

Neugestaltung von Solarmodulen

Neben Innovationen in der Welt des Solarmodul-Recyclings wird auch das Design der Module im Hinblick auf die Wiederverwendung neu konzipiert.Die niederländische Organisation für angewandte wissenschaftliche Forschung (TNO) stellte im Dezember 2021 ihre neu entwickelten „Design for Recycling“ (D4R)-Solarmodule vor, die unter Berücksichtigung von End-of-Life-Überlegungen hergestellt wurden.Die Paneele mit einer getesteten Lebensdauer von 30 Jahren sind für eine einfache Demontage ohne Beschädigung der Komponenten konzipiert.

Die mit einer Klebefolie ummantelten Panele verfügen über einen integrierten Auslösemechanismus zur Trennung der Zellen und Rahmen.Der Prozess ist energiearm und beinhaltet keine toxischen Elemente.

Die Forschung ist in zwei Projekten angesiedelt, das erste ist das DEREC-Projekt, das die D4R-Panels in kleinem Maßstab konzipiert und getestet hat, um ihre saubere Demontage nach einer simulierten Nutzungsdauer sicherzustellen.Das PARSEC-Projekt wird die Technologie dann auf D4R-Panels in Originalgröße für den gewerblichen und privaten Gebrauch ausweiten.

Während es sich um Panels handelthergestelltVor fast 30 Jahren, die die heutige Herausforderung für Recycler darstellen, können D4R-Platten das Plattenrecycling vereinfachen und die Branche voranbringen.Zusätzlich zu den neuen Modulen erforscht das Konsortium Recyclingtechniken für aktuelle Solarmodulmodelle, um die Gewinnung von reinem Silizium zur Wiederverwendung zu erreichen.

Abschließend

Insgesamt gesehen sind diese Innovationen vielversprechend, da sie sich auf die Kommerzialisierung konzentrieren, obwohl weiterhin Bedenken bestehen, ob der erforderliche Umfang erreicht wird, da sowohl die Menge an nicht mehr genutzten Panels als auch die Nachfrage nach neuen Panels steigt.Wenn die Kommerzialisierungsbemühungen jedoch gut verlaufen und Pläne zur Herstellung von Modulen aus vollständig wiedergewonnenen Materialien umgesetzt werden können, steht der Solarmodulindustrie eine robuste Kreislaufwirtschaft bevor.