22.05.2020

Переработка солнечных батарей: превращение бомб замедленного действия в новые возможности

Австралия, безусловно, продемонстрировала свой интерес к солнечной энергии. Теперь, когда средний срок службы солнечной панели составляет около 20 лет, многие установки с начала 2000-х годов должны быть готовы к утилизации. Они окажутся на свалке или будут переработаны?

uaEnergy

73

0

Переработка солнечных батарей: превращение бомб замедленного действия в новые возможности

Стоимость утилизации выше, чем на свалке, а стоимость восстановленных материалов меньше, чем оригинальных. Поэтому возможности утилизации довольно ограничены. Но, учитывая наличие тяжелых металлов, таких как свинец и олово, то утилизация должна быть качественной. Если отходы обрабатываются плохо, мы станем на пути к новому кризису переработки. Однако потенциальная бомба замедленного действия может стать новой возможностью в том случае, если мировая индустрия электромобилей проявит интерес к восстановленным солнечным продуктам.

Присутствие опасных материалов в панелях с истекшим сроком эксплуатации может привести к значительному загрязнению окружающей среды и опасности для здоровья. Чтобы замкнуть круг в энергетическом цикле, следующая цель индустрии солнечных батарей - безопасная утилизация или переработка продуктов с истекшим сроком эксплуатации. Однако в иерархии управления отходами повторное использование или восстановление/повторное использование с добавленной стоимостью считается более предпочтительным, чем повторное использование.

Основной вклад в общую массу типичного фотоэлектрического модуля на основе кристаллического кремния составляет стекло (75%), за которым следуют полимер (10%), алюминий (8%), кремний (5%), медь (1%) и небольшие количества серебра, олова, свинца и других металлов и компонентов.

Свинец и олово, если их выщелачивать в почву и грунтовые воды, вызывают проблемы со здоровьем и окружающей средой, в то время как медь, серебро и кремний представляют собой ценную возможность при эффективном извлечении. Таким образом, вариант захоронения отходов должен быть полностью заменен переработкой, чтобы предотвратить загрязнение окружающей среды и извлечь ценные материалы.

Однако в настоящее время рециркуляцию нельзя считать экономически выгодным вариантом, поэтому для ускорения популяризации этой идеи необходимы экономические стимулы. Среди всех ценных материалов в панели кремний предоставляет наилучшие возможности, учитывая его значительно большую фракцию и сверхвысокую чистоту (99,9999%). Кремний такого качества из фотоэлектрических отходов может быть извлечен для вторичного использования в солнечных панелях или повторно использован с добавленной стоимостью в аноде литий-ионных батарей 3b поколения.

Головная боль одной отрасли может быть сокровищем другой отрасли

Постоянно растущее число электромобилей предоставило уникальную возможность для мира по переработке материалов и индустрии обращения с отходами; и там может быть место для использованных солнечных батарей тоже. Современные аккумуляторы для электромобилей являются неотъемлемой частью общей стоимости электромобилей (от 33% до 57% в зависимости от автомобиля), а производство материалов является основным источником затрат на энергию при производстве аккумуляторов. Стратегии сокращения затрат в значительной степени основаны на инновациях на уровне материалов, то есть на поиске и переработке сырья.

В то время как поклонники электрокаров определенно приветствуют более низкие цены, увеличение пробега находится на повестке дня. В 2015 году Элон Маск заявил, что кремний в аккумуляторах модели S увеличил дальность езды автомобиля на 6%. С тех пор такие компании, как Daimler и BMW, также активно участвуют в программах исследований и разработок для синтеза кремниевого аккумулятора для электромобилей. Кремний, извлеченный из солнечной панели, может быть именно тем, что им нужно.

Австралия может сыграть еще более важную роль в поставках критически важных материалов для аккумуляторов. Страна всегда занимала хорошие позиции среди быстрорастущих рынков фотоэлектрических систем, таких как Китай, Япония, Индия и США. Теперь, когда по всей Австралии установлено более 2,3 миллиона солнечных систем, она официально занимаем первое место.

К сожалению, там не могут похвастаться тем, что у Австралии много общего с этими странами: утилизация фотоэлектрических модулей с истекшим сроком эксплуатации не регулируется. На самом деле, Европа является единственным регионом, который имеет надежную и прозрачную нормативно-правовую базу для поддержки процесса утилизации фотоэлектрического оборудования. По состоянию на середину 2012 года пересмотренная Директива WEEE (Об отходах электрического и электронного оборудования) 2012/19/ЕС уполномочивает европейские страны принять программы по утилизации отходов PV, где производители несут ответственность за возврат и утилизацию панелей, которые они продают.

Цель этой политики состоит в том, чтобы разработать более экологичные продукты и сделать переработку более доступной и экономически устойчивой, чтобы ведущие производители учитывали стоимость сбора и обработки своих продуктов в конце срока службы в цене, уплачиваемой потребителями.

В Австралии работаюь над этим в рамках национальной программы, проводимой штатом Виктория и в тесной связи с фотоэлектрической промышленностью. Цель состоит в том, чтобы дать рекомендации штатам, территориям и федеральным правительствам относительно предпочтительного национального подхода к управлению. Хотя перспективы программы, несомненно, многообещающие, ускорение ее разработки может иметь решающее значение.

Фактически, важность этого вопроса была признана в 2015 году, когда солнечные панели были определены как наиболее быстро растущий поток электронных отходов без специальной инфраструктуры для переработки.

Ожидается, что к 2035 году в поток отходов Австралии попадет более 100 000 тонн солнечных панелей. Это кризис или возможности? Если вы посмотрите на утилизацию солнечных панелей в Австралии, есть ряд услуг. Однако в основном они могут перерабатывать менее 20% по массе - алюминиевая рама и клеммные коробки. Переработка оставшихся 80%, включая драгоценный кремний, в настоящее время не предлагается в Австралии. Но так не должно продолжаться.

Можно производить только то, что можно продать

Пользователи не могут ничего делать, кроме как полагаться на ответственные предприятия по переработке, чтобы правильно утилизировать отходы солнечных батарей, а вот ученые и инженеры могут сделать чуть больше. Предоставление научных данных о потенциальных последствиях и преимуществах утилизации фотоэлектрических панелей может стимулировать правительство и промышленность.

Наше совместное исследование в области энергетики и окружающей среды на основе материалов (GREENMAT) в Университете Льежа в Бельгии предоставляет такие доказательства. Доказательства того, что в будущем солнечные панели с истекшим сроком службы могут оказаться ценным вторичным ресурсом для важнейшего материала в батареях электромобилей: сверхчистого наноструктурированного кремния.

GREENMAT активно участвует в проектах по переработке солнечных батарей, финансируемых промышленностью/правительством, во главе с доктором Фредериком Боскини, где одним из ключевых направлений является эффективное извлечение кремниевого аккумулятора.

Процесс утилизации кремниевых модулей в Европе начался более десяти лет назад; однако проблема, связанная с большинством процессов, разработанных на сегодняшний день, заключается в том, что степень извлечения составляет не более 80%, а стоимость извлеченных материалов не является конкурентоспособной по сравнению с оригиналами.

GREENMAT, наряду с другими академическими и промышленными партнерами, участвовал в проекте SOLARCYCLE, поддерживаемом бельгийским регионом Валлония, который исследовал решения для экономической переработки, которые могут обеспечить степень извлечения не менее 95%.

В рамках этой программы GREENMAT был запатентован более экологичный и экономически эффективный способ демонтажа фотоэлектрических модулей; а именно, избегая высоких температур (450-600°C), обычно используемых для сжигания материалов. Метод гидротермальной переработки GREENMAT, который проводится при температуре ниже 200°C, предотвращает сгорание галогенированных полимеров и испарение тяжелых металлов, таких как олово, свинец и серебро; следовательно, избегая стадии обработки отработанного газа.

Не менее важно и то, что использование умеренных температур предотвращало плавление и диффузию компонентов металлических контактов в других фотоэлектрических компонентов, такие как стеклянные и кремниевые пластины, которые обходят стадии очистки, необходимые для восстановления высокочистого кремния и стекла. Простой и масштабируемый процесс демонтажа был протестирован на нескольких фотоэлектрических марках, и в нем было предложено чистое стекло, которое было предоставлено соответствующим отраслям для оценки стоимости восстановленного материала.

Компания рада последнему открытию, опубликованному в Журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering, в котором сообщается о простом и экономичном восстановлении наноструктурированного кремния из фотоэлектрических панелей с истекшим сроком службы с продемонстрированными преимуществами в литий-ионных батареях.

В Журнале ACS Роб Ситч показал, что "маркетинг становится центральным элементом утопической мечты, потому что «вы можете производить только то, что можете продать». Как ученые, мы не можем заниматься маркетингом, но можем предоставить доказательства того, что, если вы правильно все утилизируете, вы сможете все продать."

Комментарии 0

Написать комментарий