Solarmodule sind mühsam zu recyceln. Diese Unternehmen versuchen, das zu beheben.

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Frau Technik | Pixel Tintenfisch

Millionen von Solarmodulen wurden in den letzten zwei Jahrzehnten installiert – und da sie in der Regel zwischen 25 und 30 Jahre halten, werden viele bald bereit für den Ruhestand sein und wahrscheinlich auf einer Mülldeponie landen. Aber neue Bemühungen, diese Platten zu recyceln, könnten sowohl die Abfallmenge als auch das neue Material, das abgebaut werden muss, reduzieren.

Nur etwa 10 % der Panels in den USA werden recycelt – es ist nicht durch Bundesvorschriften vorgeschrieben, und das Recycling der Geräte ist derzeit viel teurer, als sie einfach zu entsorgen. Aber die Materialien in Solarmodulen, die jedes Jahr vom Netz gehen, könnten bis 2050 einen geschätzten Wert von 2 Milliarden US-Dollar haben. Neue Bemühungen, einschließlich eines Ansatzes eines französischen Startups namens ROSI, versuchen, diese wertvollen Materialien, insbesondere Silber und Silizium, zurückzugewinnen, um das Recycling zu ermöglichen Panels finanziell tragfähiger.



Die lauernde Bedrohung für das Wachstum der Solarenergie

Stürzende Solarpreise an sonnigen Tagen untergraben die wirtschaftlichen Argumente für den Bau von mehr Solarparks – und gefährden die Klimaziele.

Der Ausbau der Solarstromproduktion ist der Schlüssel zur weltweiten Reduzierung von Emissionen. Weltweit werden Sonnenkollektoren produziert 720 Terawattstunden der Energie im Jahr 2019 und macht rund 3 % der weltweiten Stromerzeugung aus. Und es hat ungefähr gedauert 46 Millionen Tonnen von Sonnenkollektoren, um es zu tun.

Bis 2030 könnten sich weltweit etwa 8 Millionen Tonnen stillgelegter Solarmodule ansammeln. Bis 2050 könnte diese Zahl erreicht werden 80 Millionen . Das Recycling dieser Platten könnte eine neue Quelle für Materialien bieten, die ansonsten abgebaut werden müssten (möglicherweise unter unsicheren oder ausbeuterisch Arbeitsbedingungen ), wodurch die Solarenergie zu einem nachhaltigeren Teil des Puzzles für saubere Energie wird.

Was steckt in einem Solarpanel?

Solarmodule sind wie ein Sandwich mit Zellen in der Mitte angeordnet. Etwa 90 % der kommerziellen Solarmodule verwenden Silizium als Halbleiter, der Licht in Strom umwandelt. Dünne Metallstreifen, normalerweise Silber, überziehen die Oberfläche der Siliziumkristalle in jeder Zelle und leiten Strom in die Kupferverdrahtung des Panels.

Die Solarzellen sind von einer Schutzbarriere umgeben, normalerweise einem transparenten Kunststoff namens EVA. Eine weitere Glasschicht kommt darauf, und eine andere Art von Kunststoff, wie PET, bedeckt die Rückseite. Das Ganze ist von einem Aluminiumrahmen umgeben.

Diese geschichtete Konstruktion schützt die Zellen vor Witterungseinflüssen und lässt gleichzeitig Sonnenlicht durch, kann jedoch schwierig zu dekonstruieren sein, wenn die Paneele das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben.

Ein zweites Leben

Einige Unternehmen versuchen, Panels, die an Effizienz verloren haben, zu überholen und wiederzuverwenden oder zumindest einige ihrer Komponenten zu retten. Die Wiederverwendung ist die einfachste und billigste Art, Platten zu recyceln – sie erfordert die geringste Verarbeitung und den höchsten Preis.

Ein Panel kostet etwa 55 US-Dollar, während ein gebrauchtes Panel für etwa 22 US-Dollar weiterverkauft wird. Oder die Komponenten des gebrauchten Panels könnten für insgesamt bis zu 18 US-Dollar verkauft werden Meng Tao , ein Ingenieurprofessor an der Arizona State University und Gründer eines Startups für das Recycling von Solarmodulen namens TG Companies.

Obwohl einige Wiederverkäufer gebrauchte Panels für Privatkunden zum Verkauf anbieten, bieten sie keine großen Preisvorteile. Paneele machen höchstens etwa die Hälfte der Kosten einer Solaranlage für Privathaushalte aus, während die anderen Geräte und Genehmigungen den Rest ausmachen. Da gebrauchte Panels nicht so viel Strom erzeugen, lohnt sich das beim Kauf gesparte Geld möglicherweise nicht.

Gebrauchte Platten, die nicht weiterverkauft werden können, sind entweder für die Deponie oder eine Art Recycling bestimmt. Mangels Bundesauftrag Washington kürzlich verabschiedete Recyclinganforderungen für Hersteller, und andere Staaten erwägen nun, dasselbe zu tun. Die EU verlangt derweil von den Herstellern, gebrauchte Solarmodule zu sammeln und zu recyceln und die Forschung zu End-of-Life-Lösungen für die von ihnen produzierte Technologie zu finanzieren.

Bis 2030 könnten sich etwa 8 Millionen Tonnen stillgelegter Solarmodule ansammeln.

Einige Abfallentsorgungsanlagen können Sonnenkollektoren mit mechanischen Verfahren recyceln. Die meisten lösen sich vom Aluminiumrahmen und mahlen das gesamte Glas, Silizium und andere Metalle zu einer Mischung namens Glasbruch, die für Baumaterialien oder andere industrielle Anwendungen verkauft werden kann.

Aber Scherben sind nicht viel wert – etwa 3 Dollar für eine Platte im Wert der Mischung. Und es ist nicht klar, ob es Käufer für all die Glasscherben geben wird, die durch das Recycling von viel mehr Solarmodulen entstehen würden, sagt Tao. In der Lage zu sein, reine, wertvolle Materialien zu extrahieren, könnte dazu beitragen, das Recycling rentabler zu machen.

2018 eröffnete das Entsorgungsunternehmen Veolia mit Sitz in der Nähe von Paris die nach eigenen Angaben erste Recyclinganlage, die speziell für das Recycling von Solarmodulen entwickelt wurde. Das Werk in Rousset, Frankreich, verwendet auch ein mechanisches Recyclingverfahren, obwohl, da es für Solarmodule ausgelegt ist, mehr Komponenten separat recycelt werden als in Anlagen, die allgemeine Recyclinggeräte für Elektroschrott verwenden. Einige Unternehmen setzen jedoch darauf, dass andere Methoden wie thermische und chemische Verfahren noch effizienter sind.

Abbau alter Paneele

ROSI Solar, ein 2017 gegründetes französisches Startup, kündigte kürzlich Pläne zum Bau einer neuen Recyclinganlage in Grenoble, Frankreich, an. Yun Luo, CEO von ROSI, sagt, das Unternehmen habe ein Verfahren entwickelt, um Silber, Silizium und andere hochwertige Materialien aus gebrauchten Platten zu extrahieren. Die Anlage soll vor Ende 2022 mit einem Vertrag von Soren, einem französischen Handelsverband, eröffnet werden.

Soren arbeitet auch mit einem französischen Logistikunternehmen namens Envie 2E Aquitaine zusammen, das versuchen wird, andere Verwendungen für stillgelegte Solarmodule zu finden. Wenn die Paneele nicht funktionieren, entfernt das Unternehmen den Aluminiumrahmen und das Glas, bevor es sie zum Recycling an ROSI weitergibt, sagt Luo.

ROSI konzentriert sich auf die Rückgewinnung von Silber und hochreinem Silizium, da diese beiden Materialien über 60 % der Kosten eines Moduls ausmachen. Das Unternehmen verwendet ein proprietäres chemisches Verfahren für die verbleibenden Schichten und konzentriert sich darauf, die winzigen Silberfäden zu entfernen, die Elektrizität durch ein funktionierendes Solarpanel übertragen.

Luo lehnte es ab, auf Einzelheiten einzugehen, sagt aber, dass das Unternehmen fast das gesamte Silber in fester Form zurückgewinnen kann, sodass es einfacher ist, es von den anderen Metallen wie Blei und Zinn zu trennen. Luo sagt, dass das Unternehmen das Silizium auch in einer ausreichend reinen Form zurückgewinnt, um es zu verarbeiten und in neuen Paneelen oder EV-Batterien wiederzuverwenden.

Um profitabel zu sein, muss ROSI mindestens 2.000 bis 3.000 Tonnen Platten pro Jahr recyceln, sagt Luo. Soren rechnet damit, im Jahr 2021 etwa 7.000 Tonnen Platten zu sammeln, und diese Zahl wird sich bis 2025 wahrscheinlich mehr als verdoppeln.

Die Preise für die recycelten Materialien können jedoch ziemlich volatil sein. Als Tao veröffentlichte eine Übersichtsarbeit über das Recycling von Solarmodulen im Juni 2020 berechnete er, dass der Wert der Rohstoffe, die aus einem gebrauchten Modul gewonnen werden könnten, bei etwa 10 US-Dollar liegen würde. Bis Juni 2021, sagt er, habe sich diese Zahl aufgrund eines Preissprungs für Solarsilizium auf 19 Dollar fast verdoppelt. Dieser Anstieg brachte ihn dazu, den Recyclingprozess, den er für sein eigenes Startup entwickelt, zu überdenken.

Diese Preisvolatilität bedeutet, dass die Wirtschaftlichkeit des Recyclings ungewiss bleibt. Und weil Silber so teuer und begrenzt ist, arbeiten einige Forscher daran, Silber in neuen Solarmodulen zu reduzieren oder sogar zu ersetzen. Während dies ihren Preis weiter nach unten drücken könnte, würde es auch die wirtschaftlichen Argumente für das Recycling beeinträchtigen, sagt Tao.

Was noch abzuwarten bleibt, sind die Umweltauswirkungen der Recyclingbemühungen selbst. Die Quantifizierung der Auswirkungen, die sie auf Umweltverschmutzung und Emissionen haben werden, kann bei der Entscheidung über den besten Ansatz für das Problem der Sonnenabfälle helfen, sagt er Garvin Heide , Senior Energy Sustainability Analyst am National Renewable Energy Laboratory. Heath ist Experte für Lebenszyklusanalysen, die die Umweltauswirkungen einer Technologie von ihrer Herstellung bis zum Ende ihrer Lebensdauer aufzählen.

Die Art und Weise, wie sich eine Technologie während ihres Einsatzes auf die Umwelt auswirkt, erzählt nicht immer die ganze Geschichte. Die Herstellung, der Transport und die Entsorgung jeglicher Technologie erzeugen Emissionen, und es ist wichtig, all dies zu berücksichtigen, sagt Heath. Wie genau eine Platte hergestellt und recycelt wird, bestimmt, wie hilfreich sie wirklich bei der Reduzierung von Emissionen ist.

Es ist eine Berechnung, die wir für die meisten Technologien berücksichtigen sollten, die wir täglich verwenden, fügt Heath hinzu. Die Gesamtmenge des weltweiten Elektroschrotts könnte schlagen 120 Millionen Tonnen jährlich bis 2050 , laut einem UN-Bericht.

Jede Technologie hat ein Ende ihrer Lebensdauer, sagt Heath, und Sie müssen diese Technologien an diesem Punkt verwalten.

Diese Geschichte besagte zuvor, dass ROSI Silizium in PV-Qualität zurückgewinnt. Es wurde korrigiert, dass eine zusätzliche Verarbeitung erforderlich wäre, um das zurückgewonnene Silizium auf PV-Qualität zu reinigen.

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