Avfallet från solpaneler kommer att öka med mer än 4000 procent under det kommande decenniet.Är återvinningsindustrin för solpaneler redo att hantera dessa volymer?Med efterfrågan på nya paneler som ökar exponentiellt och råvaror knappa är loppet igång.
Solpanelåtervinning blir en verklig utmaning.Av avgörande betydelse för Storbritanniens nettonollstrategi är solenergi ett varaktigt och hållbart alternativ för företag och hushåll, och den växer snabbt.
År 2021 lade Storbritannien till 730 MW ny solenergikapacitet, vilket tog den totala volymen till 14,6 GW, en ökning med 5,3 procent från 2020, och – under andra kvartalet 2022 – bidrog solenergi med 6,4 procent av Storbritanniens totala elproduktion.Inom aprils energisäkerhetsstrategi bekräftade Department for Business, Energy and Industrial Strategy (BEIS) att till 2035 förväntas Storbritanniens solenergiutbyggnad femdubblas, vilket tar den totala volymen till 70 GW: cirka 15 procent av Storbritanniens beräknade (och ökande) elkrav, enligt McKinsey.
En ny fråga är vad man ska göra med solpaneler när de når slutet av sin 30-åriga livslängd.När marknadstillväxten fortsätter att stiga in i framtiden, kommer den växande högen av solavfall också att göra det.Enligt International Renewable Energy Agency (IRENA) förutspås Storbritannien generera 30 000 ton solavfall under det kommande decenniet.Dessutom förutspås en ökning av nedlagda paneler komma ut på marknaden under 2030-talet, närsolpanelerfrån årtusendet börjar vackla.IRENA förutspår att det globala avfallet från solpaneler kommer att vara mellan 1,7 miljoner och åtta miljoner ton år 2030.
Ytterligare en potentiell flaskhals i tillgången på råvaror hägrar, med efterfrågan på paneler som kommer att överträffa tillgången på jungfruliga komponenter.
Trycket ökar för att återvinningsindustrin för solpaneler ska öka sin kapacitet för att hantera uppkomsten av nedlagda paneler och stödja tillverkningen av nya solpaneler.I juli föreslog Sam Vanderhoof, en expert på solenergiindustrin, att – globalt – bara en av tio solcellspaneler (PV) återvinns och resten hamnar på deponi, återigen med hänvisning till data från IRENA.
Reglering & efterlevnad
Inom Storbritannien,solpaneler klassas formellt somElektrisk och elektroniskUtrustning(EEE), under en dedikerad kategori 14. Som sådan omfattas PV-paneler av WEEE-reglerna (Waste EEE).deras livslängd övervakas och utvecklingen av solid återvinningsinfrastruktur för solpaneler pågår redan.
Tillverkare av solpaneler är skyldiga att gå med i ett Producer Compliance Scheme (PCS), rapportera mängder som introducerats på marknaden och skaffa överensstämmelsenoteringar för att täcka framtida återvinning av dessa enheter.De måste också märka produkter för att ge råd till användare och behandlingsanläggningar om materialsammansättning och korrekt avfallshantering.
Samtidigt måste distributörer samla in uttjänta produkter.De måste ha ett återtagningsförfarande för solcellsavfall eller bidra till ett statligt godkänt återtagningssystem.
Men enligt Scott Butler, verkställande direktör för Material Focus, en icke-statlig organisation som finansieras av WEEE-överensstämmelseavgifter, finns det några distinkta överväganden som kommer att påverka återvinningen av solpaneler: "Med PV skulle du förvänta dig att det skulle finnas en installatör/avinstallatörsrelation för hushåll.Även om det är en inhemsk produkt, är det inte något som många människor kommer att kunna hantera själva.
"Jag föreställer mig att avinstallationen måste involvera en registrerad fackman för elnät ... och de kan vara nyckeln till att hantera detta [avfall].Även om det kan vara svårt eftersom de inte är rustade för att hantera avfall, är det inte så svårt att bli en avfallsbärare.”
Butler noterar att solpaneler som nu närmar sig slutet av sin livslängd kan visa sig vara utmanande att återvinna på grund av variationen i tillverkningen: "När det gäller återvinning tror jag att utmaningen med PV kommer att vara att förstå kemin eftersom, särskilt i början, det finns massor av olika kemiska blandningar på gång.Saker som kommer att börja komma ut nu är ganska gamla, 20 år är en ganska lång cykel.Så det kanske finns en informationslucka som kan behöva täppas till om vem som har släppt vad på marknaden och vad det är.”
Återvinningsprocesser
Återvinningsprocesser för paneler varierar beroende på solpanelens sammansättning, varav den vanligaste är kiselbaserad.Kända för sin överkomliga pris och flexibilitet, utgjorde solpaneler av kisel 73,3 procent av marknaden 2020;tunn film stod för 10,4 procent och paneler tillverkade av andra material (färgsensibiliserade, koncentrerade solceller, organiska hybrider) stod för de återstående 16,3 procenten (Chowdhury et al, 2020).
Vid avhämtning kan evPV panelär svår att demontera.Aluminiumramen och kopplingsdosan kan enkelt tas bort;den utmanande delen är den laminerade plattglasskivan, som innehåller låga mängder järn- och icke-järnmetaller, plast och halvledarmaterial.När det gäller behandlingslösningar är utmaningen inte en teknisk, eftersom pyrolys, kryogen separation (frysning) och mekanisk rivning finns som separationstekniker för de olika materialen.Den största utmaningen är att PV-paneler inte genererar avfall som liknar förpackningsavfall eller förbrukningsvaror med kort livslängd.Därför är huvudfrågan en ekonomisk fråga: vem kommer att investera i en behandlingslinje som inte har någon aning om när avfallet kommer?
Tunnfilmspaneler involverar en behandlingsprocess som kräver några ytterligare steg för att återvinna den sammansatta metallen 'kadmiumtellurid' på ett miljövänligt sätt.Även om det är ett mindre populärt val har tunnfilmspaneler en mer effektiv materialanvändning, de rymmer en tunnare halvledare, vilket sparar på kostnader och kol under tillverkningen.Dessa paneler presterar bättre i svagt ljus och i "extrema" vinklar, användbara för vertikala ytor och fasader.
För att återvinna materialen rivs tunnfilms PV-paneler för att avlägsna laminering, innan de fasta och flytande skärvorna separeras med en roterande skruv.Filmen avlägsnas sedan med syra och peroxid, följt av avlägsnande av mellanskiktsmaterial med vibration, medan återstående glas och metall separeras och återvinns.
Återvinning av solpaneler i stor skala
Trots att nuvarande återvinningsinitiativ växer stadigt, återvinns för närvarande endast 80 till 95 procent av solpanelsmaterialen som går till återvinning.För att främja detta leder avfallshanteringsföretaget Veolia ett projekt för att få fullständig återvinning av solpaneler i industriell skala, i ett pågående projekt finansierat av EIT RawMaterials.ReProSolar utvecklar en mycket effektiv process för återvinning av uttjänta paneler, vilket gör att alla kiselbaserade PV-modulkomponenter kan återvinnas.
Med hjälp av delamineringsteknik för att separera solcellen från glasplattan, återvinner fysiska och kemiska processer allt material, inklusive rent silver och kisel, utan att förstöra PV-modulerna.
I samarbete med FLAXRES GmbH och ROSI Solar, tvåteknikföretagsom utvecklar nya metoder för att återvinna råmaterial från PV-paneler, kommer projektet att testa genomförbarheten i industriell skala i slutet av året, med 5 000 ton avvecklade PV-moduler som ska bearbetas årligen i en demonstrationsanläggning i Tyskland 2024.
Att kommersialisera en komplett återvinningsprocess är nyckeln till att möta den nuvarande utmaningen på marknaden, vilket ger ett starkt utbud av återvunna PV-panelkomponenter för att möta den ökande efterfrågan på paneler och hantera de monteringsvolymer av solpanelsavfall.
Avsevärda ekonomiska vinster kan göras genom att återvinna högvärdiga PV-panelkomponenter när efterfrågan ökar.Silver, till exempel, står för 0,05 procent av panelvikten, men utgör 14 procent av dess marknadsvärde.Andra värdefulla och återvinningsbara metaller inkluderar aluminium, koppar och tellur.Enligt Rystad Energy, medan återvunnet material från uttjänta PV-paneler för närvarande är värt 170 miljoner dollar, kommer de att vara värda mer än 2,7 miljarder dollar 2030.
Omdesign av solpaneler
Förutom innovationer inom solpanelsåtervinningsvärlden omarbetas även panelernas design med återanvändning i åtanke.Den nederländska organisationen för tillämpad vetenskaplig forskning (TNO) avslöjade sina nyutvecklade "Design for Recycling" (D4R) solpaneler i december 2021, tillverkade med hänsyn till livslängden.Panelerna, med en testad 30-årig livslängd, är designade för enkel demontering utan att skada komponenter.
Panelerna, inkapslade med en självhäftande folie, har en integrerad utlösningsmekanism för separation av celler och ramar.Processen är lågenergisk och innehåller inga giftiga element.
Forskningen är inrymd av två projekt, det första är DEREC-projektet, som konceptualiserade och testade D4R-panelerna i liten skala för att säkerställa deras ren demontering efter en simulerad livslängd.PARSEC-projektet kommer sedan att skala upp tekniken till D4R-paneler i full storlek för kommersiellt bruk och bostadsbruk.
Medan det är panelertillverkadför nästan 30 år sedan, som utgör den nuvarande utmaningen för återvinningsföretag, kan D4R-paneler förenkla panelåtervinning för att driva branschen framåt.Och, förutom de nya panelerna, forskar konsortiet om återvinningstekniker för nuvarande solpanelsmodeller för att uppnå ren kisel för återanvändning.
Sammanfattningsvis
Kumulativt visar dessa innovationer lovande i sitt fokus på kommersialisering, även om oron kvarstår för om den erforderliga skalan kommer att uppnås, med både volymer av nedlagda paneler och efterfrågan på nya.Men om kommersialiseringsarbetet går bra, och om planer på att tillverka paneler av helt återvunna material kan levereras, ser solpanelsindustrin på en robust cirkulär ekonomi.
Posttid: Jan-11-2023