Et nyt forskningsprojekt finansieret af Energiministeriet søger at løse en af de største udfordringer med solenergi — hvad skal man gøre med solpaneler, når de dør.
Solenergi er nøglen til at løse klimaforandringerne, men for at teknologien i sig selv skal være bæredygtig, skal den være genanvendelig. Desværre, når et solpanel dør i dag, vil det sandsynligvis møde en af to skæbner: en shredder eller en losseplads.
Forskere fra Arizona State University (ASU) håber at ændre det gennem en ny genbrugsproces, der bruger kemikalier til at genvinde højværdi metaller og materialer, som sølv og silicium, hvilket gør genbrug mere økonomisk attraktivt. Tidligere på måneden modtog holdet et toårigt tilskud på $485.000 fra DOE's Advanced Manufacturing Office for yderligere at validere ideen, som de håber vil lægge grunden til et pilotgenbrugsanlæg inden for de næste tre år. Matchende midler leveres af ASU og energiselskabet First Solar, som fungerer som industriel rådgiver på projektet.
Hvis alt går vel, en renere og mere omkostningseffektiv solenergigenbrug proces kunne nå markedet lige, da den første bølge af solpaneler rammer affaldsstrømmen.
“Når vi øger produktionen af ren energi og producerer mere ren energiteknologi, bliver det endnu vigtigere at tænke på genbrug ved slutningen af livet,” siger Diana Bauer, fungerende vicedirektør for Advanced Manufacturing Office hos DOE.
Mens relativt få solpaneler allerede har nået slutningen af deres levetid, mistænker eksperter, at de fleste af dem, der har, ender på lossepladser, hvor værdifulde metaller og materialer inde i dem går tabt. Meng Tao, en solenergi-bæredygtighedsforsker ved ASU, som leder den nye genbrugsindsats, har estimeret, at verden kan stå over for forsyningsmangel på mindst et af disse metaller, sølv, længe før vi har bygget alle de solpaneler, der er nødvendige for at omdanne fossile brændstoffer. Silicium af solcellekvalitet kræver i mellemtiden enorme mængder energi at fremstille, og at bruge det mere end én gang er vigtigt for at holde solcelleindustriens elektricitetsbehov – og dets CO2-fodaftryk – nede.
Nye solgenanvendelsesprocesser kan forbedre økonomien betydeligt
Selv når solpaneler genanvendes i dag, genvindes disse materialer sjældent. I stedet fjerner genbrugere typisk aluminiumsrammen, der holder panelet sammen, fjerner kobberledningerne fra bagsiden og makulerer selve panelet, hvilket skaber en solenergi-hash, der sælges som knust glas. Disse tre produkter – aluminium, kobber og knust glas – kan indbringe en genbruger $ 3 per panel, siger Tao. Virksomheder, som Tao har talt med, siger, at det koster op til $25 at genbruge et panel efter nedlukning og transitomkostninger.
Nye solgenanvendelsesprocesser, der genvinder flere metaller og mineraler, kan forbedre økonomien betragteligt. Tao og hans kolleger foreslår en sådan proces, hvor de kuvertstørrelse siliciumceller inde i solpaneler først adskilles fra de polymer- og glasplader, der omgiver dem ved hjælp af en varm stålklinge.< /strong> En patentanmeldt kemisk sammenkogt udviklet af Taos genbrugsstartup TG Companies bruges derefter til at udvinde sølv, tin, kobber og bly fra cellerne og efterlade silicium.
Mens genbrugsprocessen bruger skrappe kemikalier, siger Tao, at disse kemikalier kan “regenereres og bruges igen og igen”, hvilket reducerer mængden af affald, der skabes – en egenskab ved hans genbrugsmetode, som han mener er unik. Tao tilføjer, at ved at genvinde bly, har processen også potentiale til at eliminere en miljøfare, som ellers ville ende i genbrug af affald eller lossepladser.
Tao hævder, at TG Companies allerede har udviklet teknologi til at genvinde 100 procent af sølv, tin, kobber og bly i solceller. Den nye DOE-bevilling vil give hans team mulighed for yderligere at optimere genanvendelsesprocessen for solpaneler og verificere, om silicium kan genvindes ved en høj nok renhed til at fremstille nye celler uden at gå gennem et energikrævende oprensningstrin kendt som Siemens-processen. Hvis alt går vel over de næste to år, vil næste skridt være at tiltrække private investorer til at finansiere et pilotanlæg, der kan bruge processen til at genanvende omkring 100.000 solpaneler om året.
Karsten Wambach, grundlæggeren af nonprofit PV CYCLE til genbrug af solpaneler, siger, at en “grøn kemitilgang” som Tao og hans kolleger foreslår har et “stort potentiale til at genvinde værdifulde sekundære materialer og bidrage til beskyttelse af miljøet.”
Dette højteknologiske affald kan blive en skat
Men Wambach bemærker, at genvinding af alt sølv og andre spormetaller i solpaneler “måske ikke være fuldt opnåeligt” på grund af tab under processen med at adskille siliciumceller fra polymerer og andre steder. I en kommerciel version af denne proces, siger han, vil mængden og kvaliteten af genvundne metaller blive “optimeret i henhold til downstream-brugerens specifikationer og omkostningsbesparelsespotentiale i behandlingsprocesserne.”
Omkostningsbesparelser vil være nøglen. Afhængigt af prisen på sølv, tror Tao, at hans proces kunne genvinde 10-15 $ af materialer pr. panel. Men det kan ændre sig, advarer Wambach, hvis producenterne fortsætter med at bruge mindre sølv i solpaneler over tid. Og selv 15 USD pr. panel vil næppe dække de fulde omkostninger ved nedlukning og genbrug af panelerne, hvilket betyder, at støttepolitikker kan være nødvendige for at opskalere.
En sidste hindring, siger Wambach, er, at der er bare ikke så mange solpaneler, der bliver trukket fra tagene i dag. Men mens der eksisterede mindre end en halv million tons solaffald globalt i 2016, har International Renewable Energy Agency forudsagt, at det tal i 2030 kan stige til 8 millioner tons. I 2050 kan vi smide 6 millioner tons døde solpaneler ud hvert år, næsten lige så mange som vi installerer.
Baseret på disse fremskrivninger og data om værdien af metaller og mineraler inde i hvert panel har Tao og hans kolleger anslået, at i 2028 vil e-affald fra solenergi indeholde over en milliard dollars' værdi af høstbare materialer. For alle, der er i stand til at klare genbrugsudfordringen, kan dette højteknologiske affald blive en skat.