Aktualnie brak jest jakichkolwiek norm dotyczących postępowania z panelami słonecznymi, które dobiegły końca swojej żywotności. Wyrzucone moduły słoneczne mogą osiągnąć 80 milionów ton odpadów globalnie do środka bieżącego wieku, a mimo to, nie istnieje obecnie uniwersalny plan zarządzania tą kwestią ani metoda recyklingu wartościowych surowców, które zawierają, jak zauważyli naukowcy.
Raport opublikowany w Nature Energy, to pierwsza światowa ocena metod zarządzania panelami fotowoltaicznymi po upływie ich 30-letniej żywotności. Naukowcy ustalili, że również brak jest standardów dotyczących recyklingu wartościowych surowców zawartych w modułach oraz postępowania z substancjami toksycznymi i minimalizowania ryzyka dla środowiska.
Główna część badania była skoncentrowana na odzyskiwaniu krzemianów krystalicznych, które są używane w ponad 90% wszystkich modułów. Stanowią one około połowy śladu energetycznego i emisji węgla panelu słonecznego, ale tylko małą część jego objętości.
Fotowoltaika to kluczowy element transformacji energetycznej. Musimy odpowiednio zarządzać tymi materiałami i budować gospodarkę obiegu zamkniętego dla modułów PV.
Panele słoneczne nie są odpowiedzialne za bezpośrednie emisje gazów cieplarnianych i mają niskie emisje w całym cyklu życia, dostarczając zarówno energię o niskich kosztach lokalnych, jak i wiele miejsc pracy. „Jednak,” jak stwierdzili autorzy, „w miarę jak globalna instalacja PV na dużą skalę trwa, pojawia się wyzwanie, jak radzić sobie z dużą ilością modułów PV po upływie ich około 30-letniego okresu użytkowania.”
Do 2030 roku przestarzałe panele mają wynieść 8 milionów ton, co do 2050 roku ma wzrosnąć dziesięciokrotnie, przekraczając 10% wszystkich globalnych odpadów elektronicznych.
Cenne materiały ryzykują nieużywanie
Jedną z opcji, którą badacze zbadali, jest ponowne użycie lub naprawa starszych modułów. Przewidują, że to podejście zmniejszy wpływ na środowisko modułów słonecznych, zwiększając jednocześnie ich całkowitą produkcję energii elektrycznej. „Są to wartościowe strategie gospodarki o obiegu zamkniętym dla branży PV do zbadania,” zauważa raport, „chociaż trzeba rozwiązać liczne wyzwania biznesowe, ekonomiczne i regulacyjne.”
Do nich należą środowiskowe koszty transportu zużytych paneli do miejsc naprawy lub ponownego użycia oraz potrzeba ustanowienia przez producentów procedur testowania i naprawy oraz zapasów części zamiennych. Wysokie koszty biznesu słonecznego niezwiązane bezpośrednio z modułami – to, co raport nazywa „kosztami bilansu systemu” – także budzą obawy.
Bez względu na to, jak dobrze branża radzi sobie z utrzymaniem starzejących się paneli w działaniu, w końcu muszą być one wymienione. Badacze odkryli, że w Europie priorytetem było upewnienie się, że cenne materiały w modułach nie zostaną utracone na wysypiskach. Łączna potencjalna wartość materiałów, które można by odzyskać z przestarzałych paneli, będzie szacowana na 15 miliardów dolarów do roku 2050. Te materiały mogłyby być użyte do produkcji dodatkowych 2 miliardów nowych modułów o łącznej mocy 630 GW.
Regulacje dotyczące recyklingu modułów są powoli opracowywane, ale ich przyjęcie wydaje się nierówne. Unia Europejska dodała kategorię PV do swoich przepisów dotyczących odpadów elektrycznych i elektronicznych osiem lat temu, ale stan Waszyngton jest jedynym obszarem w USA, który do tej pory wymaga recyklingu paneli. W Korei, Japonii, Australii i Indiach trwają prace nad rozwiązaniem problemów, ale proces recyklingu jak dotąd nie jest szczególnie skuteczny.
Nawet w Unii Europejskiej, gdzie recykling paneli fotowoltaicznych jest wymagany, istnieje bardzo mało specjalistycznych obiektów recyklingowych przeznaczonych do przetwarzania modułów PV, a dane na temat ich efektywności recyklingu i aspektów ekonomicznych nie są dostępne dla publiczności – informuje raport. Obecne systemy recyklingowe skutecznie odzyskują główne materiały, takie jak aluminiowy stelaż, druty miedziane i szkło. Jednakże, srebro, miedź, krzem i ołów, które stanowią większość potencjalnej wartości modułu i potencjalnego wpływu na środowisko, nie są odzyskiwane.
Najbardziej aktywne zakłady recyklingowe przetwarzają tylko około 100 ton krzemu miesięcznie. „Z powodu małej ilości modułów kierowanych do recyklingu, raport informuje, „w USA nie opracowano dedykowanych linii recyklingowych dla modułów c-Si PV.”
Niektóre moduły są składowane na wysypiskach, inne zaś są przechowywane w oczekiwaniu na lepsze metody recyklingu.
Propozycje usprawnienia systemu
Autorzy przedstawiają agendę badawczą i rozwojową z trzema celami dla recyklingu krystalicznego krzemu: uczynić recykling mniej kosztownym niż utylizację; znaleźć sposób na wykorzystanie odzyskanych materiałów w nowych modułach; oraz uczynić recykling bardziej ekologicznym rozwiązaniem niż wyrzucanie starych paneli i korzystanie z surowców pierwotnych do produkcji nowych.
Raport zawiera następujące uwagi i propozycje
Z powodu zanieczyszczeń, krzem metalurgiczny odzyskiwany z paneli obecnie jest wart około 2 dolarów za kilogram, ale gdyby proces recyklingu został udoskonalony, tak aby krzem był solarny, jego wartość wzrosłaby do 10 dolarów za kilogram lub więcej.
Mniej wysiłku powinno być poświęcone na próby odzyskiwania całych płytek krzemowych. Nowe płytki są znacznie cieńsze niż starsze, co utrudnia odzyskiwanie ich w całości.
Przekonanie branży, która opierała się na dostawach krzemu pierwotnego, do korzystania z odzyskanego krzemu. Aby to osiągnąć, będą wymagane pełne profile zanieczyszczeń, aby producenci wiedzieli dokładnie, czego się spodziewać. Proces ten jeszcze się nie rozpoczął.
Projektowanie modułów tak, aby były łatwiejsze do demontażu lub recyklingu, nie zdobyło jeszcze popularności, ale zwiększenie świadomości tego problemu i korzystanie z nowych międzynarodowych standardów.
