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Sonnenkollektoren sind eine zunehmend wichtige Quelle für erneuerbare Energien, die im Kampf gegen den Klimawandel eine wesentliche Rolle spielen werden. Sie sind auch komplexe Technologien, die sich am Ende ihres Lebens in große, sperrige Elektroschrottstücke verwandeln, und im Moment hat der größte Teil der Welt keinen Plan, damit umzugehen.
Aber wir müssen bald eine entwickeln, da überschüssiger Solar-Elektroschrott kommt. Bis 2050 geht die Internationale Agentur für erneuerbare Energien davon aus, dass bis zu 78 Millionen Tonnen Solarmodule das Ende ihrer Nutzungsdauer erreicht haben und dass die Welt jährlich etwa 6 Millionen Tonnen neuen Solar-Elektroschrott erzeugen wird. Während die neueste Zahl nur einen winzigen Bruchteil der gesamten E-Abfall-Menschheit ausmacht, die jedes Jahr produziert wird, reichen Standard-Recyclingmethoden für Elektronik für Solarmodule nicht aus. Die Rückgewinnung der wertvollsten Materialien, einschließlich Silber und Silizium, erfordert maßgeschneiderte Recyclinglösungen. Und wenn wir diese Lösungen nicht zusammen mit Richtlinien entwickeln, die ihre breite Akzeptanz unterstützen, wissen wir bereits, was passieren wird.
"Wenn wir das Recycling nicht durchsetzen, werden viele Module auf Deponien deponiert", sagte der Solarforscher Meng Tao von der Arizona State University, der kürzlich einen Übersichtsartikel über das Recycling von Silizium-Solarmodulen schrieb, die 95 Teile umfassen Prozent des Solarmarktes.
Sonnenkollektoren bestehen aus Photovoltaikzellen, die Sonnenlicht in Elektrizität umwandeln. Wenn diese Paneele auf Mülldeponien verbracht werden, werden wertvolle Ressourcen verschwendet. Und weil Sonnenkollektoren giftige Stoffe wie Blei enthalten, die beim Abbau auslaugen können, verursachen Deponien auch neue Umweltgefahren.
Die meisten Hersteller von Solarenergie behaupten, dass ihre Module eine Lebensdauer von etwa 25 Jahren haben werden, und die Welt hat erst Anfang der 2000er Jahre damit begonnen, Solarenergie in großem Umfang einzusetzen ziemlich kleine Menge von Sonnenkollektoren. PV CYCLE, eine gemeinnützige Organisation, die sich der Verwertung und dem Recycling von Solarmodulen widmet, sammelt laut Direktor Jan Clyncke jedes Jahr mehrere tausend Tonnen Solar-Elektroschrott in der gesamten Europäischen Union. In dieser Zahl sind Solarmodule enthalten, die das Ende ihrer Nutzungsdauer erreicht haben, aber auch solche, die vorzeitig aus dem Betrieb genommen wurden, weil sie bei einem Sturm beschädigt wurden, einen Herstellermangel aufwiesen oder durch ein neueres Modell ersetzt wurden effizient.
Wenn Sonnenkollektoren heute das Ende ihres Lebens erreichen, stehen sie vor einigen möglichen Schicksalen. Nach EU-Recht müssen Hersteller sicherstellen, dass ihre Solarmodule ordnungsgemäß recycelt werden. In Japan, Indien und Australien sind Recyclinganforderungen in Bearbeitung. In den USA ist es der Wilde Westen: Mit Ausnahme eines staatlichen Gesetzes in Washington haben die USA kein Solarrecycling-Mandat. Von der Industrie geführte freiwillige Recyclingbemühungen sind in ihrem Umfang begrenzt. "Derzeit sind wir ziemlich sicher, dass die Zahl der recycelten Solarmodule bei rund 10 Prozent liegt", sagte Sam Vanderhoof, CEO von Recycle PV Solar, einem der wenigen US-Unternehmen, das sich dem Recycling von Photovoltaik widmet. Der Rest gehe auf Mülldeponien oder werde zur Wiederverwendung in Entwicklungsländern mit schwachem Umweltschutz ins Ausland exportiert.
Auch beim Recycling gibt es viel Raum für Verbesserungen. Ein Solarpanel ist im Wesentlichen ein elektronisches Sandwich. Der Füllstoff ist eine dünne Schicht kristalliner Siliziumzellen, die auf beiden Seiten durch Polymer- und Glasscheiben isoliert und vor den Elementen geschützt sind. Alles wird in einem Aluminiumrahmen zusammengehalten. Auf der Rückseite des Panels befindet sich eine Anschlussdose mit Kupferkabeln, die den Strom bei seiner Erzeugung leiten.
Recycler entfernen häufig den Plattenrahmen und seine Anschlussdose, um Aluminium und Kupfer wiederzugewinnen, und zerkleinern dann den Rest des Moduls, einschließlich Glas, Polymere und Siliziumzellen, die mit einer Silberelektrode und beschichtet sind Sie sind mit Zinn und Blei verlötet. (Da die überwiegende Mehrheit dieser Gewichtsmischung Glas ist, wird das resultierende Produkt als unreines zerkleinertes Glas angesehen.) Tao und seine Kollegen schätzen, dass ein Recycler, der ein Standard-Siliziumpanel mit 60 Zellen zerlegt, für das zurückgewonnene Material etwa 3 US-Dollar erhalten kann: Aluminium, Kupfer und Glas. Laut Vanderhoof liegen die Kosten für das Recycling dieses Panels in den USA zwischen 12 und 25 US-Dollar nach den Transportkosten, die "häufig den Kosten für das Recycling entsprechen". Gleichzeitig, in Staaten, die dies zulassen, "denken wir, dass der große blinde Fleck in den Vereinigten Staaten für das Recycling darin besteht, dass die Kosten die Einnahmen weit übersteigen", sagte Meng. "Es liegt in der Größenordnung von 10 zu 1."
Wenn die wertvollsten Komponenten eines Solarmoduls, nämlich Silizium und Silber, effizient getrennt und gereinigt werden könnten, könnte dies das Kosten-Einkommens-Verhältnis verbessern. Eine kleine Anzahl dedizierter Solar-Photovoltaik-Recycler versucht dies.
Veolia, das in Frankreich die weltweit einzige Recyclinganlage für Photovoltaik-Silizium im kommerziellen Maßstab betreibt, zerkleinert und zerkleinert Paneele und verwendet anschließend eine optische Technik, um niedrigreines Silizium wiederzugewinnen. Laut Vanderhoof verwendete Recycle PV Solar zunächst ein "Wärmeverfahren und ein Kugelmühlenverfahren", mit dem mehr als 90 Prozent der in einer Platte vorhandenen Materialien, einschließlich Silber und niedrigreinem Silizium, zurückgewonnen werden konnten. Aber das Unternehmen hat kürzlich einige neue Geräte von seinen europäischen Partnern erhalten, die "mehr als 95 Prozent Rückgewinnung" ermöglichen, während er zurückgewonnenes Material viel besser trennt.
Einige PV-Forscher wollen es noch besser machen. In einem anderen kürzlich erschienenen Übersichtsartikel fordert ein Team unter der Leitung von Wissenschaftlern des National Renewable Energy Laboratory die Entwicklung neuer Recyclingverfahren, bei denen alle Metalle und Mineralien mit hoher Reinheit zurückgewonnen werden, um das Recycling so wirtschaftlich wie möglich zu gestalten lebensfähig und so umweltfreundlich wie möglich. Wie der Hauptautor der Studie, Garvin Heath, erklärt, könnten solche Verfahren die Verwendung von Wärme oder chemischen Behandlungen umfassen, um das Glas von den Siliziumzellen zu trennen, gefolgt von der Anwendung anderer chemischer oder elektrischer Techniken, um das Silizium und verschiedene zu trennen und zu reinigen Spurenmetalle.
"Wir fordern ein hochwertiges integriertes Recyclingsystem", sagte Heath gegenüber Grist. „Hoher Wert bedeutet, dass wir alle Bestandteile, die Wert haben, aus diesen Modulen zurückgewinnen möchten. Integriert bezieht sich auf einen Recyclingprozess, der all diesen Materialien nachgehen kann und nicht von einem Recycler zum anderen kaskadieren muss. “
Neben der Entwicklung besserer Recyclingmethoden sollte die Solarindustrie darüber nachdenken, wie die Module nach Möglichkeit wiederverwendet werden können, da gebrauchte Solarmodule wahrscheinlich einen höheren Preis erzielen als die darin enthaltenen Metalle und Mineralien (und seitdem) Die Wiederverwendung erfordert im Allgemeinen weniger Energie als das Recycling. Wie beim Recycling steht die EU dabei an vorderster Front: Mit ihrem zirkulären Geschäftsmodellprogramm für die Solarbranche finanziert die Europäische Kommission eine Reihe von Demonstrationsprojekten, die zeigen, wie sie wiederverwendet werden können. Solarmodule auf dem Dach und Solarparks, sogar zum Betreiben von Elektrofahrrad-Ladestationen in Berlin und Wohnkomplexen in Belgien.
Recycle PV Solar zertifiziert und verkauft auch unbeschädigte Paneele weiter, was laut Vanderhoof dazu beiträgt, die Kosten für das Recycling auszugleichen. Sowohl er als auch Tao sind jedoch besorgt darüber, dass mehrere US-amerikanische Recycler gebrauchte, qualitätskontrollierte Solarmodule im Ausland an Entwicklungsländer verkaufen. "Und diese Länder haben normalerweise keine Vorschriften für Elektroschrott", sagte Tao. "Schließlich verwandeln Sie Ihr Problem in ein armes Land."
Damit die Solarrecyclingbranche nachhaltig wachsen kann, sind letztendlich unterstützende Richtlinien und Vorschriften erforderlich. Das EU-Modell, dass Produzenten die Rückgewinnung und das Recycling von Solarmodulen finanzieren, könnte für die Vereinigten Staaten gut sein. Bevor dies geschieht, muss der US-Gesetzgeber jedoch erkennen, dass das Problem besteht und nur wächst, weshalb Vanderhoof viel Zeit damit verbringt, sie zu unterrichten.
"Wir müssen uns der Tatsache stellen, dass Sonnenkollektoren im Laufe der Zeit ausfallen, und es gibt viele davon", sagte er. „Und was machen wir, wenn sie anfangen zu scheitern? Es ist nicht richtig, diese Verantwortung auf den Verbraucher zu übertragen, und hier sind wir jetzt.
