Ein neues vom Energieministerium finanziertes Forschungsprojekt versucht, eine der größten Herausforderungen im Bereich Solarenergie zu lösen – was mit Sonnenkollektoren nach dem Tod zu tun ist.
Solarenergie ist der Schlüssel zur Lösung des Klimawandels, aber damit die Technologie selbst nachhaltig ist, muss sie recycelbar sein. Wenn heute ein Solarmodul stirbt, trifft es leider eines von zwei Schicksalen: ein Schredder oder eine Deponie.
Forscher der Arizona State University (ASU) hoffen, dies durch einen neuen Recyclingprozess zu ändern, bei dem Chemikalien verwendet werden, um hochwertige Metalle und Materialien wie Silber und Silizium zurückzugewinnen, wodurch das Recycling wirtschaftlich attraktiver wird. Anfang dieses Monats erhielt das Team vom Advanced Manufacturing Office des DOE einen zweijährigen Zuschuss in Höhe von 485.000 US-Dollar, um die Idee weiter zu validieren, von der sie hoffen, dass sie innerhalb der nächsten drei Jahre den Grundstein für eine Pilot-Recyclinganlage legen wird. Die entsprechenden Mittel werden von ASU und dem Energieunternehmen First Solar bereitgestellt, das als industrieller Berater bei dem Projekt fungiert.
Wenn alles gut geht, ein saubereres und kostengünstigeres Solarrecycling Prozess auf den Markt kommen könnte, sobald die erste Welle von Solarmodulen in den Abfallstrom gelangt.
„Da wir die Produktion sauberer Energie steigern und mehr Technologien für saubere Energie produzieren, wird das Nachdenken über das Recycling am Ende der Lebensdauer noch wichtiger“, sagt Diana Bauer, stellvertretende Direktorin des Advanced Manufacturing Office bei DOE.
Während relativ wenige Solarmodule bereits das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben, vermuten Experten, dass die meisten davon auf Deponien landen, wo wertvolle Metalle und Materialien verloren gehen. Meng Tao, ein Solar-Nachhaltigkeitsforscher an der ASU, der die neuen Recycling-Bemühungen leitet, hat geschätzt, dass die Welt mit mindestens einem dieser Metalle, Silber, knapp werden könnte, lange bevor wir alle Solarmodule gebaut haben, die für den Übergang von fossilen Brennstoffen benötigt werden Kraftstoffe. Silizium in Solarqualität erfordert unterdessen enorme Energiemengen, und es ist wichtig, es mehr als einmal zu verwenden, um den Strombedarf der Solarindustrie – und ihren CO2-Fußabdruck – niedrig zu halten.
Neue Solarrecyclingprozesse könnten die Wirtschaftlichkeit verbessern erheblich
Auch wenn Sonnenkollektoren heute recycelt werden, werden diese Materialien selten wiedergewonnen. Stattdessen entfernen Recycler normalerweise den Aluminiumrahmen, der das Panel zusammenhält, entfernen die Kupferverkabelung von der Rückseite und zerkleinern das Panel selbst, wodurch ein Solar-Hash entsteht, der als zerkleinertes Glas verkauft wird. Diese drei Produkte – Aluminium, Kupfer und zerkleinertes Glas – könnten einem Recycler 3 US-Dollar pro Panel einbringen, sagt Tao. Unternehmen, mit denen Tao gesprochen hat, sagen, dass das Recycling eines Panels nach Stilllegung und Transportkosten bis zu 25 US-Dollar kostet.
Neue solare Recyclingverfahren, die mehr Metalle und Mineralien zurückgewinnen, könnten die Wirtschaftlichkeit erheblich verbessern. Tao und seine Kollegen schlagen ein solches Verfahren vor, bei dem die hüllengroßen Siliziumzellen in Solarpaneelen zunächst mit einer heißen Stahlklinge von den sie umgebenden Polymer- und Glasplatten getrennt werden.< /strong> Ein zum Patent angemeldetes chemisches Gebräu, das von Taos Recycling-Startup TG Companies entwickelt wurde, wird dann verwendet, um Silber, Zinn, Kupfer und Blei aus den Zellen zu extrahieren, wobei Silizium zurückbleibt.
Während beim Recyclingprozess aggressive Chemikalien verwendet werden, können diese Chemikalien laut Tao „regeneriert und immer wieder verwendet werden“, wodurch die Abfallmenge reduziert wird – ein Merkmal seiner Recyclingmethode, die er für einzigartig hält. Tao fügt hinzu, dass der Prozess durch die Rückgewinnung von Blei auch das Potenzial hat, eine Umweltgefahr zu beseitigen, die sonst beim Recycling von Abfällen oder auf Deponien landen würde.
Tao behauptet, TG Companies habe bereits eine Technologie entwickelt, um 100 Prozent des Silbers, Zinns, Kupfers und Bleis in Solarzellen zurückzugewinnen. Die neue DOE-Förderung wird es seinem Team ermöglichen, den Recyclingprozess für Solarmodule weiter zu optimieren und zu überprüfen, ob Silizium mit einer ausreichend hohen Reinheit zurückgewonnen werden kann, um neue Zellen herzustellen, ohne einen energieintensiven Reinigungsschritt, den sogenannten Siemens-Prozess, durchlaufen zu müssen. Wenn in den nächsten zwei Jahren alles gut läuft, sollen im nächsten Schritt private Investoren angezogen werden, um eine Pilotanlage zu finanzieren, mit der jährlich rund 100.000 Sonnenkollektoren recycelt werden können.
Karsten Wambach, der Gründer der gemeinnützigen PV CYCLE zum Recycling von Solarmodulen, sagt, dass ein „grüner Chemie-Ansatz“, wie er von Tao und seinen Kollegen vorgeschlagen wird, ein „großes Potenzial zur Rückgewinnung wertvoller Sekundärmaterialien und Beitrag zum Schutz hat der Umwelt.“
Dieser Hightech-Müll könnte ein Schatz werden
Wambach merkt jedoch an, dass die Rückgewinnung des gesamten Silbers und anderer Spurenmetalle in Sonnenkollektoren aufgrund von Verlusten bei der Trennung von Siliziumzellen von Polymeren und anderswo „möglicherweise nicht vollständig erreichbar“ ist. In einer kommerziellen Version dieses Verfahrens, sagt er, werden Menge und Qualität der zurückgewonnenen Metalle „entsprechend den Spezifikationen des nachgeschalteten Anwenders und Kosteneinsparungspotenzialen in den Aufbereitungsprozessen optimiert.“
Kosteneinsparungen werden entscheidend sein. Abhängig vom Silberpreis glaubt Tao, dass sein Verfahren 10 bis 15 US-Dollar an Material pro Panel zurückgewinnen könnte. Doch das könnte sich ändern, warnt Wambach, wenn die Hersteller im Laufe der Zeit weiterhin weniger Silber in Solarmodulen verwenden. Und selbst 15 US-Dollar pro Panel werden wahrscheinlich nicht die vollen Kosten für die Stilllegung und das Recycling der Panels decken, was bedeutet, dass unterstützende Maßnahmen zur Skalierung erforderlich sein können.
Eine letzte Hürde, sagt Wambach, ist dies Heute werden einfach nicht mehr so viele Sonnenkollektoren von den Dächern gezogen. Während 2016 weltweit weniger als eine halbe Million Tonnen Solarabfälle existierten, prognostiziert die International Renewable Energy Agency, dass diese Zahl bis 2030 auf 8 Millionen Tonnen ansteigen könnte. Bis 2050 könnten wir jedes Jahr 6 Millionen Tonnen toter Sonnenkollektoren wegwerfen, fast so viele, wie wir installieren.
Basierend auf diesen Prognosen und Daten zum Wert der Metalle und Mineralien in jedem Panel haben Tao und seine Kollegen geschätzt, dass bis 2028 Solar-Elektroschrott über eine Milliarde Dollar enthalten wird. Wert der erntefähigen Materialien. Für jeden, der die Recycling-Herausforderung meistern kann, könnte dieser Hightech-Müll zu einem Schatz werden.