A fotovoltaikus ipar még mindig felfutási szakaszban van, ezt bátran kijelenthetjük. Azonban a panelek életciklusának egyik kulcsfontosságú szakaszát – a 20-25 év élettartamú modulok életciklusának végét - még mindig nem kezelik megfelelően. Ráadásul a hibás panelek egy részét is ki kell cserélni, ha a szükség úgy kívánja. Mindebből következően az elkövetkező években az élettartamuk végét elérő panelek mennyisége exponenciálisan növekedni fog– figyelembe véve az elmúlt két évtized napelem-kapacitás telepítéseit.
Jelenleg az elhasználódott fotovoltaikus paneleket Európában a gyártók és importőrök által finanszírozott rendszer keretében gyűjtik. Néhány országban kísérleti újrahasznosító telepeket hoztak létre, de ezek csupán az alumíniumkeretet, a rezet tartalmazó csatlakozódobozt és esetleg az elülső üveglapot nyerik vissza. Jelenleg egyetlen újrahasznosító sem képes a modulokba zárt anyagokat megfelelően visszanyerni. A legnagyobb technikai kihívást az jelenti, hogy megfelelően szétválasszák ezeket az anyagokat, amelyek mindegyike nagy tisztaságú és forintosítható értékkel rendelkezik, azaz képes finanszírozni az újrafeldolgozási tevékenységet. A Rystad Energy elemzése szerint a fotovoltaikus panelekből származó újrahasznosítható anyagok értéke 2030-ra meghaladja a 2,7 milliárd dollárt, szemben az idei 170 millió dollárral. Ez a tendencia az elkövetkező évtizedekben csak felgyorsul, és az előrejelzések szerint 2050-re az újrahasznosítható anyagok értéke megközelíti a 80 milliárd USD-t, a napelemes hulladék mennyisége 2040-re várhatóan 27 millió tonnára nő.
A legnagyobb értéket képviselő panelösszetevők az alumínium, az ezüst, a réz és a szilícium. Az ezüst a teljes tömeg körülbelül 0,05 százalékát teszi ki, de az anyagérték 14 százalékát jelenti. A legnagyobb mennyiségű anyag az üveg, amelynek magas az újrahasznosítási aránya, de viszonylag alacsony a viszonteladói értéke.A fotovoltaikus technológia (PV) jelenleg és várhatóan az elkövetkező években is a szilíciumon (Si) alapul. Ez a földkéregben második leggyakrabban előforduló elem, de a fotovoltaikus hatás eléréséhez erősen tisztítani kell. A fotovoltaikus minőségű szilícium költsége a napelemmodulok összköltségének akár 20 százalékát is kiteheti. Az ehhez az anyaghoz kapcsolódó beruházás pedig a modulok gyártásának teljes értékláncában a tőkeszükséglet 45 százalékát teszi ki.
Bár a szilícium atom bőségesen megtalálható a Földön, a fotovoltaikus minőségű szilícium kritikus nyersanyag. Előállítása ráadásul jelentős mennyiségű energiát fogyaszt és nagy mennyiségű üvegházhatású gázt bocsát ki. Tekintettel az elkövetkező évekre kitűzött telepítési célokra, sürgős és alapvető fontosságú olyan megbízható technológiák alkalmazása, amelyek lehetővé teszik a gyártással kapcsolatos üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentését.
Grenoble-ban a francia ROSI Solar startupáltal kifejlesztett technológia lehetővé teszi az elhasználódott fotovoltaikus panelekbe laminált anyagok szétválasztását. Vissza tudják nyerni a cellából az ultratiszta szilíciumot, de az egyes cellák által termelt elektromos áram összegyűjtésére használt ezüst részeket is, amelyek jelenleg a napelemek élettartamának végén elvesznek. Az alkalmazott eljárások fizikai, termikus és lágy kémiai mechanizmusokon alapulnak. Nem használnak agresszív kémiai reakciót, és a működési költségek csökkennek.
A fotovoltaikus minőségű szilícium a gyártási folyamat egyik első lépése során jelentős értékvesztést szenved el., ilyenkor ugyanis a szilíciumtömböt gyémánthuzal segítségével nagyon vékony (200 µm-nél kisebb vastagságú) szeletekre fűrészelik. E folyamat során az anyag több mint 40 százaléka a fűrészfolyadék által kiöblített mikroméretű szilíciumdarabkák formájában elvész. A keletkező iszap rendkívül tiszta szilíciumból áll. Sajnálatos módon ma ez hulladék, és a gyártó költségére kiürítik. A ROSI Solar által kifejlesztett technológiák lehetővé teszik ennek az iszapnak az értékessé tételét. Egyrészt teljesen szétválasztják a finom szilíciumrészecskéket és a fűrészfolyadékot. A folyadék így újra felhasználható az anyag szeleteléséhez, ahelyett, hogy szennyvízként kezelnék. Másrészt a szilíciumrészecskéket mosással megtisztítják a fűrészelési folyamat során keletkezett szennyeződésektől, majd ultratiszta szilícium-granulátumként újrahasznosítják. Ezek a granulátumok ismét bekerülhetnek az értékláncba, a feljebb lévő gyártási folyamatba, hogy ismét szilíciumszeleteket állítsanak elő belőlük.
Egy 2019-es adat szerint az újonnan telepített napenergia-kapacitás világszerte elérte a 115 GW-ot. Így az új napelemmodulok gyártása során mintegy 200 000 tonna fotovoltaikus minőségű szilíciumot dobtak ki hulladékként, ami 1,5 milliárd amerikai dollár értékű veszteséget jelent.
A norvég Rystad Energy1,6°C-os forgatókönyve a napenergia 2035-ös csúcsteljesítményét 1,4 TW-ra becsüli. Addigra a PV-újrafeldolgozó ipar a 2020-ban telepített PV-panelek újrahasznosítása révén a 2020-as anyagigény kielégítéséhez szükséges szilícium 8 százalékát, az alumínium 11százalékát, a réz 2százalékát és az ezüst 21százalékát tudja biztosítani. Ez a hasznosítási potenciál enyhítheti a bányászati ágazatra nehezedő terheket, és csökkentheti a napelemek szén-dioxid-kibocsátását.
A réz finomítása során réz tonnánként körülbelül 4 tonna szén-dioxid szabadul fel, és a szélesebb értelemben vett bányaiparral együtt az üvegházhatású gázok kibocsátásának jelentős forrása. Az esetleges jövőbeli szén-dioxid-adók megváltoztathatják a költséghelyzetet, ami jelentős értéknövekedést jelenthet az újrahasznosító ipar számára. Megközelítésükben a panelek újrahasznosításának első lépése a szétszerelés, amelynek során az alumíniumkeretet és a csatlakozódobozt leválasztják a panelről, darabokra őrlik és anyag szerint szétválogatják. Ma már vannak a piacon PV szétszerelő gépek, köztük a japán NPC által gyártott berendezés, amely a maradványok őrlése előtt még tovább választja szét a panel részeit, növelve ezzel az anyagok visszanyerési arányát.
Az Új-Dél-Walesi Egyetem kutatói is kidolgoztak egy szabadalmaztatott szitálási eljárást, kifejezetten a fotovoltaikus panelek számára. A ProMO laboratórium Yansong Shen professzor által vezetett csapata bejelentett egy új eljárást, amellyel a PV-cellák részecskéinek 99 százalékát hatékonyan el lehet választani a többi alkotóelemtől. Az UNSW ProMO kutatócsoportjának számításai szerint 2050-ig 5-50 millió kilogramm ezüstöt lehetne újrahasznosítani a halmozott hulladékból az általuk alkalmazott eljárással, amivel a tesztek során a fotovoltaikus hulladék tonnájából körülbelül 0,64 kilogramm ezüstnek megfelelő mennyiséget nyertek vissza. Az egész aprítási és szitálási folyamat egy vibráló tartályban történik, s mindössze 5-15 percet vesz igénybe, úgy, hogy a PV-anyagok 99 százalékát hatékonyan szétválasztja. Miután az anyagot az új, szabadalmaztatott eljárással leválasztották, hagyományos kémiai kioldást, valamint kicsapást alkalmazhatnak az egyes elemek, például a tiszta szilícium-dioxid és az ezüst kivonására.
(A cikk eredetileg a Zöld Ipar Magazin 2023 augusztusi lapszámában jelent meg.)
További hírek a kategóriából
