Ett nytt forskningsprojekt finansierat av energidepartementet syftar till att lösa en av de största utmaningarna med solenergi — vad ska man göra med solpaneler efter att de dör.
Solenergi är nyckeln till att lösa klimatförändringarna, men för att själva tekniken ska vara hållbar måste den vara återvinningsbar. Tyvärr, när en solpanel dör idag, kommer den sannolikt att möta ett av två öden: en dokumentförstörare eller en soptipp.
Forskare från Arizona State University (ASU) hoppas kunna ändra det genom en ny återvinningsprocess som använder kemikalier för att återvinna högvärdiga metaller och material, som silver och kisel, vilket gör återvinning mer ekonomiskt attraktiv. Tidigare denna månad fick teamet ett tvåårigt anslag på 485 000 USD från DOE:s Advanced Manufacturing Office för att ytterligare validera idén, som de hoppas kommer att lägga grunden för en pilotåtervinningsanläggning inom de kommande tre åren. Matchande medel tillhandahålls av ASU och energibolaget First Solar, som fungerar som industriell rådgivare i projektet.
Om allt går som det ska, en renare och mer kostnadseffektiv solenergiåtervinning process kan nå marknaden precis när den första vågen av solpaneler träffar avfallsströmmen.
“När vi ökar tillverkningen av ren energi, producerar mer ren energiteknik, blir det ännu viktigare att tänka på återvinning vid slutet av livet”, säger Diana Bauer, tillförordnad biträdande direktör för Advanced Manufacturing Office på DOE.
Medan relativt få solpaneler redan har nått slutet av sitt liv, misstänker experter att de flesta av dem som har hamnar på soptippar, där värdefulla metaller och material inuti dem går förlorade. Meng Tao, en solenergiuthållighetsforskare vid ASU som leder den nya återvinningsinsatsen, har uppskattat att världen kan möta försörjningsbrist på minst en av dessa metaller, silver, långt innan vi har byggt alla solpaneler som behövs för att övergå från fossil bränslen. Solenergikisel kräver samtidigt enorma mängder energi att tillverka, och att använda det mer än en gång är viktigt för att hålla nere solenergiindustrins elbehov — och dess koldioxidavtryck —.
Nya solenergiåtervinningsprocesser kan förbättra ekonomin avsevärt
Även när solpaneler återvinns idag återvinns dessa material sällan. Istället tar återvinningsföretagen vanligtvis bort aluminiumramen som håller ihop panelen, tar bort kopparledningarna från baksidan och river sönder själva panelen, vilket skapar en solhash som säljs som krossat glas. Dessa tre produkter – aluminium, koppar och krossat glas – kan ge en återvinningsmaskin $ 3 per panel, säger Tao. Företag som Tao har pratat med säger att det kostar upp till $25 att återvinna en panel, efter avvecklings- och transportkostnader.
Nya solenergiåtervinningsprocesser som återvinner fler metaller och mineraler skulle kunna förbättra ekonomin avsevärt. Tao och hans kollegor föreslår en sådan process, där de kuvertstora kiselcellerna inuti solpaneler först separeras från de polymerskivor och glas som omger dem med hjälp av ett hett stålblad.< /strong> Ett patentsökt kemiskt hopkok utvecklat av Taos återvinningsstartup TG Companies används sedan för att extrahera silver, tenn, koppar och bly från cellerna, vilket lämnar kvar kisel.
Medan återvinningsprocessen använder starka kemikalier, säger Tao att dessa kemikalier kan “regenereras och användas om och om igen”, vilket minskar mängden avfall som skapas – en egenskap hos hans återvinningsmetod som han tror är unik. Tao tillägger att genom att återvinna bly har processen också potential att eliminera en miljöfara som annars skulle hamna i återvinning av avfall eller deponier.
Tao hävdar att TG Companies redan har utvecklat teknik för att återvinna 100 procent av silver, tenn, koppar och bly i solceller. Det nya DOE-anslaget kommer att tillåta hans team att ytterligare optimera återvinningsprocessen för solpaneler och verifiera om kisel kan återvinnas med en tillräckligt hög renhet för att tillverka nya celler utan att gå igenom ett energikrävande reningssteg som kallas Siemens-processen. Om allt går väl under de kommande två åren blir nästa steg att locka privata investerare för att finansiera en pilotanläggning som kan använda processen för att återvinna omkring 100 000 solpaneler om året.
Karsten Wambach, grundaren av den ideella PV CYCLE för återvinning av solpaneler, säger att en “grön kemistrategi” som Tao och hans kollegor föreslår har en “stor potential att återvinna värdefulla sekundära material och bidra till skydd av miljön.”
Detta högteknologiska skräp kan bli en skatt
Men Wambach noterar att återvinning av allt silver och andra spårmetaller i solpaneler “kanske inte är fullt möjligt” på grund av förluster under processen att separera kiselceller från polymerer och på andra ställen. I en kommersiell version av denna process, säger han, kommer mängden och kvaliteten på återvunna metaller att “optimeras enligt nedströmsanvändarens specifikationer och kostnadsbesparingspotential i behandlingsprocesserna.”
Kostnadsbesparingar kommer att vara nyckeln. Beroende på priset på silver tror Tao att hans process skulle kunna återvinna 10-15 USD i material per panel. Men det kan förändras, varnar Wambach, om tillverkarna fortsätter att använda mindre silver i solpaneler över tiden. Och till och med 15 USD per panel är osannolikt att täcka hela kostnaden för avveckling och återvinning av panelerna, vilket innebär att stödjande riktlinjer kan behövas för att skala upp.
Ett sista hinder, säger Wambach, är att det är helt enkelt inte så många solpaneler som dras från hustaken idag. Men medan mindre än en halv miljon ton solavfall fanns globalt 2016, har International Renewable Energy Agency beräknat att 2030 kan den siffran stiga till 8 miljoner ton. År 2050 skulle vi kunna kasta ut 6 miljoner ton döda solpaneler varje år, nästan lika många som vi installerar.
Baserat på dessa prognoser och data om värdet av metaller och mineraler inuti varje panel, har Tao och hans kollegor uppskattat att 2028 kommer e-avfall från solenergi att innehålla över en miljard dollar värde av skördbart material. För alla som kan ta itu med återvinningsutmaningen kan detta högteknologiska skräp bli en skatt.