Elektronische schrootverwerkers ontwikkelen strategieën om steeds meer fotovoltaïsche modules op de markt te brengen. | Hill120 / Shutterstock
In sommige opzichten worden zonnepanelen geconfronteerd met dezelfde recyclinguitdagingen als oude tv's. Hun correcte recyclingkosten zijn zeer hoog, hun handelswaarde is beperkt en ze bevatten gevaarlijke metalen. Tegelijkertijd recyclen relatief weinig downstream-verwerkers ze, en de markt is tegen hergebruik.
'Zonnepanelen zijn bijna het nieuwe CRT', zegt AJ Orben, vice-president van We Recycle Solar in Arizona, verwijzend naar de kathodestraalbuis, die loodglas bevat en wordt gebruikt in oude, omvangrijke tv's.
Interviews met experts in de elektronica- en recyclingindustrie voor zonnepanelen brachten de uitdagingen aan het licht waarmee de industrie op het gebied van fotovoltaïsche (PV) modules wordt geconfronteerd. Fotovoltaïsche (PV) modules kunnen in veel gevallen worden opgeslagen, gedumpt, achtergelaten of illegaal gestort, net als CRT's. Het volgende is hetzelfde.
Deels om mogelijk wanbeheer van gecertificeerde recyclingfaciliteiten te voorkomen, werkt de non-profitorganisatie Sustainable Electronics Recycling International (SERI) eraan om zonnepanelen toe te voegen aan haar R2 e-waste-certificeringsnorm. Bijna 1.000 recyclingfaciliteiten voor elektronische producten over de hele wereld zijn geslaagd voor de R2-standaardcertificering.
Tegelijkertijd zullen steeds meer zonnepanelen het sloopstadium ingaan. Gezien de complexiteit van de verwerking – en de verwachte aanvullende regelgeving – liggen er echter zakelijke kansen.
Dit is nog maar het topje van de ijsberg', zegt John Shegerian, mede-oprichter en uitvoerend voorzitter van National Electronic Processor ERI, verwijzend naar het aantal panelen dat zijn bedrijf momenteel recyclet, ongeveer een oplegger met oplegger per week. 'Dit is alleen maar ter voorbereiding op het spel.\
Volgens gegevens van het Amerikaanse ministerie van Energie bestaat ongeveer 95% van de momenteel verkochte panelen uit kristallijn silicium en zijn de fotovoltaïsche cellen gemaakt van siliciumhalfgeleiders. Zonnepanelen zijn ontworpen om deze elementen tientallen jaren te weerstaan en bestaan uit onderling verbonden fotovoltaïsche cellen ingekapseld in plastic en ingeklemd tussen glas en een achterplaat. Een typisch paneel heeft een metalen frame (meestal aluminium) en externe koperdraden.
In een artikel over het terugwinnen van hulpbronnen vorig jaar legde Melissa Ann Schmid van EnergyBin, een beurs voor apparatuur voor zonne-energie, uit dat kristallijne siliciumpanelen voornamelijk van glas zijn gemaakt, maar ook plastic, aluminium, silicium en koper bevatten, evenals sporenhoeveelheden daarvan. zilver, tin en lood. .
Recyclingbedrijven kunnen het aluminium frame en de externe koperdraad eenvoudig scheiden voor recycling. Omdat fotovoltaïsche cellen echter zijn ingekapseld in een kunststoflaag van ethyleenvinylacetaat (EVA) en aan glas zijn gebonden, zijn er aanvullende processen nodig om zilver, koper of zeer zuiver silicium terug te winnen in siliciumwafels.
We Recycle Solar is eigenaar van een grote recyclingfabriek voor zonnepanelen in Yuma, Arizona. De fabriek bevindt zich in een stad aan de grens met Californië en een kleinere fabriek in New York City. We Recycle Solar werd vijf jaar geleden gelanceerd en recycleert wekelijks tienduizenden zonnepanelen met materialen van woningen, bedrijven en zonneparken.
Orben zei dat het bedrijf de grootste recycler van zonnepanelen in de Verenigde Staten is, hoewel hij erop wees dat slechts een paar bedrijven alle of bijna alle materialen voor zonnepanelen recyclen.
We Recycle Solar verwijdert het aluminium frame en de draden en versnippert de panelen. Hij zei dat het gebroken mengsel een secundaire chemische behandeling, elektrolyse en andere processen ondergaat om metaal, silicium en glas te scheiden, en vervolgens naar downstream-verwerkers wordt verzonden.
ERI is gevestigd in Fresno, Californië en verwerkt zonnepanelen voor Redwood Materials, een startend bedrijf gevestigd in Carson, Nevada, dat waardevolle metalen uit batterijen wil terugwinnen. In april kondigde ERI een partnerschap aan waarbij de verwerker alle gerecyclede batterijen en versnipperd zonnepanelenafval naar Redwood Materials stuurt. Volgens het persbericht van ERI heeft Redwood, als onderdeel van de overeenkomst, een aanzienlijk bedrag in ERI geïnvesteerd.
Shegerian zei dat ERI al ongeveer drie jaar werkt aan onderzoek en ontwikkeling op het gebied van recycling van zonnepanelen. Na het verwijderen van het aluminium frame heeft ERI het paneel in de gereconstrueerde shredder verkleind. De belangrijkste stap van het proces is het versnipperen en scheiden van het glas van het metaalhoudende materiaal, terwijl onnodige emissies worden vermeden.
De resulterende metaalhoudende materiaalballen worden vervolgens naar Redwood verscheept, waar het bedrijf zijn technologie gebruikt om metalen zoals koper, zilver en lood te scheiden.
Een ander e-waste-bedrijf dat zonnepanelen verwerkt, is Echo Environmental, dat een recycling- en hergebruikfaciliteit van 160.000 vierkante meter exploiteert in Carrollton, Texas, nabij Dallas.
Tommy McGuire, president van Echo Environmental, zei dat Echo-werknemers elk jaar meer dan 1 miljoen pond aan zonnepanelen ontvangen van fabrikanten en andere bedrijven. Ze verwijderen eerst het aluminium frame en knippen de draden door voor recycling.
Echo versnippert vervolgens de module en gebruikt vervolgens een maalproces om een deel van het schone glas te scheiden, dat wordt verkocht voor glasvezelisolatie en reflecterende verf. De resterende metaalhoudende materialen worden gemengd tot versnipperde printplaten van elektronische producten en vervolgens naar smelterijen verzonden.
Wat de schrootvergelijking ingewikkelder maakt, is het feit dat bepaalde typen panelen als gevaarlijk worden beschouwd vanwege hun concentratie aan giftige metalen. Het South Carolina Department of Health and Environmental Control heeft een factsheet opgesteld waarin de verschillende typen worden opgesomd die als gevaarlijk kunnen worden beschouwd en erop wordt gewezen dat onschadelijke panelen op een gemeentelijke stortplaats voor vast afval kunnen worden weggegooid.
Van de typen die een speciale behandeling vereisen, zijn dunnefilmbatterijen zeldzamer dan kristallijne siliciumpanelen. First Solar is een fabrikant van zonnepanelen en voert sinds 2005 een recyclingprogramma uit voor de productie van dunnefilm-zonnecelmodules met cadmiumtelluride. Volgens First Solar omvat het recyclingproces het versnipperen en malen in een hamermolen. Daarna wordt het EVA-laminaat gescheiden van het schone glas. Daarnaast voeren externe bedrijven metaalprecipitatieprocessen uit om cadmium en tellurium terug te winnen.
McGuire van Echo zei dat Echo vanwege gevaarlijke metalen en extra verwijderingseisen zijn klanten aanbeveelt cadmiumhoudende dunnefilmbatterijen rechtstreeks naar de recyclingfaciliteit van First Solar in Ohio te sturen.
Hij wees erop dat uit de tests van Echo over het algemeen bleek dat andere panelen geen gevaarlijk afval zijn. Maar ze moeten nog steeds zorgvuldig worden behandeld.
'Jullie typische fotovoltaïsche modules zullen niet veel gevaarlijke effecten hebben, maar net als elektronische producten willen we zeker niet dat ze onze stortplaatsen vullen,' zei McGuire.
Orben van We Recycle Solar zei dat uit de tests van zijn bedrijf bleek dat onder de Federal Resource Conservation and Recycling Act (RCRA) meer dan tweederde van de panelen als gevaarlijk afval wordt beschouwd vanwege hun lood- of zilverconcentratie. Volgens de Californische normen wordt ongeveer 90% van dezelfde panelen als gevaarlijk beschouwd, omdat ze, zelfs als ze het aanvaardbare lood- of zilvergehalte niet overschrijden, wel de staatslimiet voor koper of zink overschrijden.
Volgens de Amerikaanse Environmental Protection Agency heeft onze fabriek in Yuma, die zonne-energie recycleert, een vergunning voor gevaarlijk afval, waarin staat dat daar corrosief afval, cadmium, lood en zilver worden verwerkt.
Naast de aandacht voor gevaarlijke materialen, wordt het recyclen van zonnepanelen ook geconfronteerd met uitdagingen op het gebied van economische haalbaarheid.
Volgens een rapport uit maart 2021 van het National Renewable Energy Laboratory (NREL) en het Electric Power Research Institute zijn de huidige technologieën, infrastructuur en processen met betrekking tot het recyclen van fotovoltaïsche modules niet geoptimaliseerd voor kosteneffectieve recycling van hoogwaardige materialen. 'Als gevolg hiervan worden de recyclingkosten vaak gecompenseerd door goedkopere en toegankelijkere verwijderingsmethoden.'
Orben zei dat de verwerkingskosten van elk paneel van We Recycle Solar wel 25 dollar bedragen, en dat het 2 tot 4 dollar waard is uit aluminium, koper, lood, glas, zilver en silicium. Hij zei dat OEM's al bezig zijn met het lichter maken en gebruiken van metalen van lagere waarde in een nieuwe generatie efficiëntere producten, wat goed nieuws is vanuit het perspectief van fabrikanten en consumenten, maar niet voor recyclers.
Tegelijkertijd verwacht Orben niet dat de verwerkingskosten in de toekomst significant zullen dalen als gevolg van schaalvoordelen. Veel kosten zullen nog steeds gerelateerd zijn aan arbeid en de verwachting is dat arbeid alleen maar duurder zal worden.
Hij wees erop dat wanneer het alternatief de verwerking van gevaarlijk afval is, er nog steeds economische prikkels zijn voor afvalproducenten om te betalen voor recyclingpanelen, maar wanneer er goedkopere stortplaatsen voor vast stedelijk afval beschikbaar komen, zal dit effect verdwijnen.
Bovendien wees Orben erop dat niet alle verzamelaars de economische aspecten van een correcte omgang met materialen begrijpen, wat vanaf het begin voor kostendruk zorgde.
We Recycle Solar krijgt vaak telefoontjes van overslagstations, stortplaatsen en andere recyclers die zonnepanelen gratis of tegen een lage prijs (bijvoorbeeld 10 cent per pond) accepteren omdat ze denken dat ze veel waardevol materiaal bevatten.
McGuire van Echo Environmental voegde eraan toe dat de commerciële waarde van zonnepanelen vooral tot uiting komt in het aluminium frame, en dat draad- en schone glasproducten ook een bepaald inkomen genereren.
Echo's proces waarbij versnipperd fotovoltaïsch celmateriaal wordt gemengd met versnipperd printplaatafval dat naar een smelterij wordt verzonden, vermindert de waarde van het printplaatmengsel met een paar cent per pond, maar deze praktijk houdt het materiaal ook weg van stortplaatsen en maakt recycling mogelijk. Metalen compenseren ook de vraag voor fluxen van smelterijen, zei hij.
ERI's Shegerian wees erop dat de fabriek in Fresno van zijn bedrijf voorlopig de enige fabriek van ERI is die zonnepanelen verwerkt. Maar de andere faciliteiten van ERI in het hele land krijgen dagelijks telefoontjes over de recycling van zonnepanelen.
'De kansen zijn enorm, maar om het op de juiste manier te doen zal veel geld kosten', zei Shegerian.
Zonnepanelen zijn ontworpen om tientallen jaren elektriciteit op te wekken, dus het doorverkopen van gebruikte panelen kan de beste economische en milieuvriendelijke optie zijn, en deze uitwisseling gebeurt inderdaad.
Tegelijkertijd zeiden verwerkers dat bepaalde markt- en belastingbeleidskrachten ook tegen hergebruik zijn.
McGuire zei dat Echo de mogelijkheid heeft om de energieopbrengst van gebruikte panelen te testen, zodat ze kunnen worden doorverkocht. Hij zei dat dit effectief is voor modules met een hogere waarde, en wees erop dat er internationale markten zijn voor tweedehands modules, maar ook voor eenmalige binnenlandse projecten.
Maar hij wees erop dat panelen die de kwaliteitscontrole van de fabrikant niet hebben doorstaan, niet kunnen worden doorverkocht. McGuire zei dat wanneer aannemers demontage en aggregatie uitvoeren en zonnepanelen naar Echo verzenden, meestal blijkt dat de verschillende soorten panelen niet bij elkaar passen, waardoor het moeilijk wordt om een consistente inventaris bij te houden.
Bovendien belemmert het tempo van paneelinnovatie de wederverkoop, omdat de prijs van nieuwe panelen daalt naarmate de efficiëntie toeneemt. Volgens gegevens van de Amerikaanse Energy Information Administration bedroeg de gemiddelde waarde van de fotovoltaïsche modules die in 2019 (het meest recente jaar waarvoor gegevens beschikbaar zijn) werden verzonden 41 cent per watt piekstroomopwekking. Tien jaar geleden bedroeg het gemiddelde 2,79 dollar per piekwatt.
We recyclen zonne-energie en verkopen zonne-energieapparatuur door. Maar Orben vergelijkt dit probleem ook met een probleem waarmee bepaalde delen van de elektronicamarkt te maken hebben. 'Het bezitten van een paneel dat 15 jaar geleden nog in productie was, is als het bezitten van de Pentium 3 van vandaag,' zei Orben.
Wat de secundaire markt verder belemmert, is het belastingbeleid van de Verenigde Staten. McGuire wees erop dat de federale overheid belastingkredieten verstrekt aan huiseigenaren die nieuwe fotovoltaïsche systemen installeren – tegen 2021 zal het krediet 26% van de kosten van het systeem bedragen.
'Het is echt een onevenwichtige concurrentieomgeving, omdat je geen belastingvermindering kunt krijgen voor tweedehands modules', zegt McGuire.
Volgens gegevens van de Amerikaanse Energy Information Administration is de levering van nieuwe panelen de afgelopen vijftien jaar aanzienlijk toegenomen. In 2019 waren de verzendingen van fotovoltaïsche modules voldoende om ruim 16 miljoen kilowatt aan piekvermogen op te wekken, een stijging van bijna 14 keer ten opzichte van de verzendingen tien jaar geleden.
Als gevolg van de prestatieverbeteringen en kostenbesparingen van de nieuwe panelen zullen veel ervan buiten gebruik worden gesteld vóór het einde van hun levensduur (ERI's Shegerian zei dat, omdat het rendement op de investering zo overtuigend is, energieproducenten ze binnen vijf jaar of minder kunnen vervangen ).
Een rapport van het International Renewable Energy Agency (IRENA) en het Photovoltaic Power Generation System Program (IEA-PVPS) van het International Energy Agency schat dat tegen 2050 de mondiale cumulatieve hoeveelheid afval van fotovoltaïsche panelen 60 tot 78 miljoen ton zal bedragen. Boven ongeveer 43.500-250.000 ton in 2016.
Het rapport roept op tot het aannemen van maatregelen, zoals regelgeving voor specifiek afval voor fotovoltaïsche energie. Een deel ervan is al gebeurd. Europa heeft bijvoorbeeld wetten aangenomen die fabrikanten van zonnepanelen dwingen de inzameling en recycling van hun producten te financieren.
In 2017 werd de staat Washington de eerste staat die een wetsvoorstel goedkeurde dat een Extended Producer Responsibility (EPR)-programma voor zonnepanelen instelde. Vanaf juli 2023 vereist de wet dat fabrikanten geld ter beschikking stellen voor de inzameling en recycling van panelen.
