האתגרים של מיחזור פאנלים סולאריים

הפסולת של פאנלים סולאריים צפויה לגדול ביותר מ-4000 אחוז בעשור הקרוב.האם תעשיית מיחזור הפאנלים הסולאריים מוכנה לטפל בהיקפים אלו?עם הביקוש לפאנלים חדשים גדל באופן אקספוננציאלי וחומרי גלם מועטים, המירוץ יוצא לדרך.

פנל סולארימיחזור הופך לאתגר אמיתי.קריטית לאסטרטגיית האפס הנטו של בריטניה, אנרגיה סולארית היא אפשרות מתמשכת ובת קיימא עבור עסקים ומשקי בית, והיא צומחת במהירות.

בשנת 2021, בריטניה הוסיפה קיבולת סולארית חדשה של 730 מגוואט, כשהיא לקחה את הנפח הכולל ל-14.6GW, עלייה של 5.3% משנת 2020, וברבעון השני של 2022 - האנרגיה הסולארית תרמה 6.4% מכלל ייצור החשמל של בריטניה.במסגרת אסטרטגיית אבטחת האנרגיה של אפריל, המחלקה לעסקים, אנרגיה ותעשייתית (BEIS) אישר כי עד שנת 2035, הפריסה הסולארית של בריטניה צפויה לגדול פי חמישה, ולהגיע לנפח כולל ל-70GW: כ-15% מהתחזית של בריטניה. (והגדלת) דרישות החשמל, לפי מקינזי.

סוגיה מתעוררת היא מה לעשות לגבי פאנלים סולאריים ברגע שהם מגיעים לסוף 30 שנות חייהם.ככל שצמיחת השוק תמשיך לזנק אל העתיד, כך תגדל גם ערימת הפסולת הסולארית המתפתחת.לפי הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה מתחדשת (IRENA), בריטניה צפויה לייצר 30,000 טונות של פסולת סולארית בעשור הקרוב.בנוסף, עלייה במספר הפאנלים שנכחדו צפוי להגיע לשוק בשנות ה-30, כאשרפנלים סולארייםמהמילניום מתחילים לקרטע.IRENA צופה שהפסולת העולמית מפאנלים סולאריים תהיה בין 1.7 מיליון לשמונה מיליון טון בשנת 2030.

יתר על כן, צוואר בקבוק פוטנציאלי באספקת חומרי הגלם מסתמן, עם הביקוש לפאנלים שעומדים לעלות על זמינותם של רכיבים בתוליים.

נוצר לחץ על תעשיית מיחזור הפאנלים הסולאריים להגדיל את יכולתה על מנת להתמודד עם עלייתם של פאנלים שהותקעו ולתמוך בייצור פאנלים סולאריים חדשים.ביולי, סם ונדרהוף, מומחה לתעשיית השמש, הציע כי - בעולם - רק אחד מכל עשרה פאנלים פוטו-וולטאיים (PV) ממוחזר והשאר מסתיים במזבלה, שוב בהתייחס לנתונים של IRENA.

רגולציה וציות

בתוך בריטניה,פאנלים סולאריים מסווגים באופן רשמי כחשמל ואלקטרוניקהצִיוּד(EEE), תחת קטגוריה ייעודית 14. ככזה, לוחות PV מכוסים בתקנות פסולת EEE (WEEE);סוף החיים שלהם מנוטר ופיתוח תשתית מיחזור פאנלים סולאריים מוצקים כבר בעיצומו.

יצרני פאנלים סולאריים מחויבים להצטרף ל-Producer Compliance Scheme (PCS), לדווח על טונות שהוכנסו לשוק ולקבל הערות ציות לכיסוי המיחזור העתידי של אותן יחידות.כמו כן, עליהם לסמן מוצרים כדי לייעץ למשתמשים ולמתקני טיפול לגבי הרכב החומרים וסילוק נכון.

במקביל, מפיצים חייבים לאסוף מוצרים סופיים.הם חייבים להיות בעלי הליך החזרה של פסולת PV או לתרום לתוכנית החזרה שאושרה על ידי הממשלה.

עם זאת, לדברי סקוט באטלר, מנכ"ל Material Focus, ארגון לא ממשלתי הממומן מדמי ציות ל-WEEE, ישנם כמה שיקולים ייחודיים שישפיעו על השחזור של פאנלים סולאריים: "עם PV הייתם מצפים שיהיו מערכת יחסים של מתקין/מסיר התקנה עבור משקי בית.למרות שזה מוצר מקומי, זה לא משהו שאנשים רבים יוכלו להתמודד עם עצמם.

"אני מתאר לעצמי שההסרה צריכה לערב איש מקצוע רשום עבור חשמל רשת... והם עשויים להיות המפתח לניהול [פסולת] זו.למרות שזה יכול להיות קשה כי הם לא מוכנים לטפל בפסולת, זה לא כל כך קשה להפוך למוביל פסולת".

באטלר מציין כי פאנלים סולאריים המתקרבים כעת לסוף החיים עשויים להיות מאתגרים למיחזור בשל השונות בייצור: "במונחים של מיחזור, אני חושב שהאתגר עם PVs הולך להיות הבנת הכימיה כי, במיוחד בהתחלה, יש הרבה תערובות כימיות שונות.דברים שיתחילו לצאת עכשיו הם די ישנים, 20 שנה זה מחזור די ארוך.אז אולי יש פער מידע שאולי צריך לסתום מי הוציא מה לשוק ומה זה".

תהליכי מיחזור

תהליכי מיחזור של פאנלים משתנים בהתאם להרכב הפאנלים הסולאריים, כאשר הנפוץ שבהם הוא על בסיס סיליקון.פאנלים סולאריים מסיליקון, הידועים בסבירות ובגמישות שלהם, היוו נתח של 73.3% מהשוק בשנת 2020;סרט דק היווה 10.4 אחוזים ופאנלים שיוצרו מחומרים אחרים (רגישים לצבע, מרוכזים פוטו-וולטאיים, היברידיות אורגניות) ייצגו את 16.3 האחוזים הנותרים (Chowdhury et al, 2020).

בעת איסוף, כלפאנל PVקשה לפירוק.ניתן להסיר את מסגרת האלומיניום ואת תיבת החיבורים בפשטות;החלק המאתגר הוא יריעת הזכוכית השטוחה למינציה, המכילה כמויות נמוכות של מתכות ברזליות ולא ברזליות, פלסטיק וחומר מוליכים למחצה.לגבי פתרונות טיפול, האתגר אינו טכני, שכן פירוליזה, הפרדה קריוגנית (הקפאה) וגריסה מכנית קיימים כטכניקות הפרדה של החומרים השונים.האתגר הגדול ביותר הוא שפאנלים PV אינם מייצרים פסולת הדומה לפסולת אריזה או חומרים מתכלים עם אורך חיים קצר.לכן, השאלה המרכזית היא שאלה כלכלית: מי ישקיע בקו טיפול שאין לו מושג מתי תגיע הפסולת?

לוחות סרט דק כרוכים בתהליך טיפול, הדורש כמה שלבים נוספים כדי לשחזר את המתכת המורכבת 'קדמיום טלוריד' בצורה איתנה לסביבה.אמנם בחירה פחות פופולרית, לוחות סרט דק הם בעלי שימוש יעיל יותר בחומר, המאכלסים מוליך למחצה דק יותר, וחוסכים בעלויות ובפחמן במהלך הייצור.לוחות אלו מתפקדים טוב יותר באור נמוך ובזוויות 'קיצוניות', שימושיים עבור משטחים וחזיתות אנכיות.

כדי לשחזר את החומרים, לוחות PV סרט דק נגרסים כדי להסיר למינציה, לפני שהרסים המוצקים והנוזליים מופרדים על ידי בורג מסתובב.הסרט מוסר לאחר מכן באמצעות חומצה ופרוקסיד, ולאחר מכן הסרת חומרים בין-שכבתיים עם רטט, בעוד שאר הזכוכית והמתכת מופרדים ומשחזרים.

מיחזור פאנלים סולאריים בקנה מידה

למרות יוזמות המיחזור הנוכחיות שצומחות בהתמדה, כיום רק 80 עד 95 אחוז מחומרי הפאנלים הסולאריים שמגיעים למיחזור מוחזרים.כדי לקדם זאת, חברת ניהול הפסולת Veolia מובילה פרויקט להבאת מיחזור פאנלים סולאריים מלאים בקנה מידה תעשייתי, בפרויקט מתמשך הממומן על ידי EIT RawMaterials.ReProSolar מפתחת תהליך יעיל ביותר למיחזור לוחות סופיים, המאפשרים לשחזר את כל רכיבי מודול ה-PV מבוססי סיליקון.

באמצעות טכנולוגיית דלמינציה כדי להפריד את התא הסולארי מלוח הזכוכית, תהליכים פיזיקליים וכימיים משחזרים את כל החומרים, כולל כסף טהור וסיליקון, מבלי להרוס את מודולי ה-PV.

בשיתוף עם FLAXRES GmbH ו-ROSI Solar, שנייםחברות טכנולוגיההמפתחים שיטות חדשות להשבת חומרי גלם מלוחות PV, הפרויקט יבחן היתכנות בקנה מידה תעשייתי עד סוף השנה, עם 5,000 טון של מודולי PV שיוצרו מדי שנה במפעל הדגמה בגרמניה ב-2024.

מסחור תהליך מיחזור שלם הוא המפתח לעמידה באתגר השוק הנוכחי, הבאת היצע חזק של רכיבי פאנל PV משוחזרים כדי לענות על הביקוש הגואה לפאנלים וטיפול בכמויות הגוברת של פסולת פאנלים סולאריים.

ניתן להפיק רווחים כלכליים ניכרים משחזור רכיבי פאנל PV בעלי ערך גבוה ככל שהביקוש גובר.כסף, למשל, בעוד שהוא מהווה 0.05 אחוז ממשקל הפאנל, מהווה 14 אחוז משווי השוק שלו.מתכות אחרות בעלות ערך וניתנות לשחזור כוללות אלומיניום, נחושת וטלוריום.לפי Rystad Energy, בעוד שחומרים משוחזרים מלוחות PV סופיים שווים כיום 170 מיליון דולר, הם אמורים להיות שווים יותר מ-2.7 מיליארד דולר ב-2030.

עיצוב מחדש של פאנלים סולאריים

בנוסף לחידושים בעולם מיחזור הפאנלים הסולאריים, גם עיצוב הפאנלים עובר עיצוב מחדש תוך מחשבה על שימוש חוזר.הארגון ההולנדי למחקר מדעי יישומי (TNO) חשף את הפאנלים הסולאריים החדשים שפותחו בדצמבר 2021 של 'Design for Recycling' (D4R), שיוצרו לפי שיקולי סוף החיים.הלוחות, עם תוחלת חיים של 30 שנה שנבדקה, מיועדים לפירוק קל ללא פגיעה ברכיבים.

הלוחות, העטופים בנייר כסף דבק, מחזיקים במנגנון טריגר משולב להפרדת התאים והמסגרות.התהליך הוא דל אנרגיה ואינו כולל אלמנטים רעילים.

המחקר מאוכסן על ידי שני פרויקטים, הראשון הוא פרויקט DEREC, שהמשיג ובדק את לוחות ה-D4R בקנה מידה קטן כדי להבטיח את פירוקם הנקי לאחר חיי שירות מדומה.לאחר מכן, פרויקט PARSEC יגדיל את הטכנולוגיה ללוחות D4R בגודל מלא לשימוש מסחרי ומגורים.

אמנם זה פאנליםמְיוּצָרלפני כמעט 30 שנה, המהווים את האתגר הנוכחי לממחזרים, לוחות D4R יכולים לפשט את מיחזור הפאנלים כדי להניע את התעשייה קדימה.בנוסף לפאנלים החדשים, הקונסורציום חוקר טכניקות מיחזור עבור דגמי פאנלים סולאריים נוכחיים, כדי להשיג רכישת סיליקון טהור לשימוש חוזר.

לסיכום

במצטבר, חידושים אלה מראים הבטחה בהתמקדותם במיסחור, אם כי נותרה החשש האם יעמוד בקנה המידה הנדרש, כאשר הן נפחים של פאנלים נטולים והן הביקוש לחדשים גדלים.עם זאת, אם מאמצי המסחור יצליחו, ואם ניתן יהיה לספק תוכניות לייצור פאנלים מחומרים משוחזרים לחלוטין, תעשיית הפאנלים הסולאריים בוחנת כלכלה מעגלית איתנה.