Het afval van zonnepanelen zal de komende tien jaar naar verwachting met ruim 4000 procent toenemen.Is de recyclingindustrie voor zonnepanelen klaar om deze volumes aan te kunnen?Nu de vraag naar nieuwe panelen exponentieel toeneemt en grondstoffen schaars zijn, is de race begonnen.
Zonnepaneelrecycling wordt een echte uitdaging.Van cruciaal belang voor de Britse netto-nulstrategie is dat zonne-energie een blijvende en duurzame optie is voor bedrijven en huishoudens, en dat deze energie snel groeit.
In 2021 voegde Groot-Brittannië 730 MW aan nieuwe zonnecapaciteit toe, waardoor het totale volume op 14,6 GW kwam, een stijging van 5,3 procent ten opzichte van 2020, en – in het tweede kwartaal van 2022 – droeg zonne-energie 6,4 procent bij aan de totale elektriciteitsopwekking in Groot-Brittannië.In de Energiezekerheidsstrategie van april bevestigde het Department for Business, Energy and Industrial Strategy (BEIS) dat tegen 2035 de Britse zonne-energie-implementatie naar verwachting zal vervijfvoudigen, waardoor het totale volume op 70 GW zal komen: ongeveer 15 procent van de verwachte energieproductie in Groot-Brittannië. (en toenemende) elektriciteitsbehoefte, aldus McKinsey.
Een opkomend probleem is wat te doen met zonnepanelen zodra ze het einde van hun levensduur van 30 jaar hebben bereikt.Naarmate de marktgroei in de toekomst blijft stijgen, zal dat ook het geval zijn met de groeiende stapel zonne-afval.Volgens het International Renewable Energy Agency (IRENA) wordt voorspeld dat Groot-Brittannië de komende tien jaar 30.000 ton zonne-afval zal produceren.Bovendien wordt voorspeld dat er in de jaren 2030 een golf van ter ziele gegane panelen op de markt zal komenzonnepanelenvanaf het millennium beginnen te wankelen.IRENA voorspelt dat het wereldwijde afval van zonnepanelen in 2030 tussen de 1,7 miljoen en acht miljoen ton zal bedragen.
Verder dreigt er een potentieel knelpunt in de aanvoer van grondstoffen, waarbij de vraag naar panelen de beschikbaarheid van nieuwe componenten zal overtreffen.
De druk op de recyclingindustrie voor zonnepanelen neemt toe om haar capaciteit te vergroten om de opkomst van ter ziele gegane panelen op te vangen en de productie van nieuwe zonnepanelen te ondersteunen.In juli suggereerde Sam Vanderhoof, een expert uit de zonne-energiesector, dat – wereldwijd – slechts één op de tien fotovoltaïsche (PV) panelen wordt gerecycled en dat de rest op de vuilstort belandt, opnieuw verwijzend naar gegevens van IRENA.
Regelgeving en naleving
Binnen Groot-Brittanniëzonnepanelen worden formeel geclassificeerd alsElektrisch en elektronischApparatuur(EEE), onder een speciale categorie 14. Als zodanig vallen PV-panelen onder de voorschriften voor afval-EEA (AEEA);hun einde levensduur wordt gemonitord en de ontwikkeling van een solide recyclinginfrastructuur voor zonnepanelen is al aan de gang.
Producenten van zonnepanelen zijn verplicht zich aan te sluiten bij een Producer Compliance Scheme (PCS), waarbij de op de markt geïntroduceerde hoeveelheden worden gerapporteerd en nalevingsnota's worden verkregen om de toekomstige recycling van die eenheden te dekken.Ze moeten ook producten markeren om gebruikers en verwerkingsfaciliteiten te adviseren over de materiaalsamenstelling en de juiste verwijdering.
Tegelijkertijd moeten distributeurs afgedankte producten inzamelen.Zij moeten beschikken over een terugnameprocedure voor PV-afval of bijdragen aan een door de overheid goedgekeurde terugnameregeling.
Volgens Scott Butler, Chief Executive van Material Focus, een NGO die wordt gefinancierd uit de nalevingsvergoedingen voor AEEA, zijn er echter enkele onderscheidende overwegingen die van invloed zullen zijn op het herstel van zonnepanelen: “Bij PV zou je verwachten dat er een installateur/de-installateur-relatie bestaat voor huishoudens.Hoewel het een binnenlands product is, is het niet iets dat veel mensen zelf kunnen verwerken.
“Ik kan me voorstellen dat bij de de-installatie een geregistreerde professional op het gebied van elektriciteitsnet betrokken moet zijn… en zij kunnen de sleutel zijn tot het beheer van dit [afval].Hoewel het lastig kan zijn omdat ze niet zijn voorbereid op het verwerken van afval, is het niet zo moeilijk om afvalvervoerder te worden.”
Butler merkt op dat zonnepanelen die nu het einde van hun levensduur naderen, een uitdaging kunnen zijn om te recyclen vanwege de variatie in de productie: “Wat recycling betreft, denk ik dat de uitdaging bij PV’s het begrijpen van de chemie zal zijn, omdat, vooral in het begin, er zijn veel verschillende chemische mengsels aan de hand.Dingen die nu naar buiten komen, zijn behoorlijk oud; twintig jaar is een behoorlijk lange cyclus.Dus misschien is er een informatiekloof die moet worden gedicht over wie wat op de markt heeft gebracht en wat het is.”
Recyclingprocessen
Recyclingprocessen voor panelen variëren afhankelijk van de samenstelling van de zonnepanelen, waarvan de meest voorkomende op siliciumbasis is.Siliciumzonnepanelen staan bekend om hun betaalbaarheid en flexibiliteit en vormden in 2020 een marktaandeel van 73,3 procent;dunne film was goed voor 10,4 procent en panelen vervaardigd uit andere materialen (kleurstofgevoelige, geconcentreerde fotovoltaïsche, organische hybriden) vertegenwoordigden de resterende 16,3 procent (Chowdhury et al, 2020).
Wanneer verzameld, elkPV-paneelis moeilijk te demonteren.Het aluminium frame en de aansluitdoos kunnen eenvoudig worden verwijderd;het uitdagende deel is de gelamineerde vlakke glasplaat, die kleine hoeveelheden ferro- en non-ferrometalen, kunststoffen en halfgeleidermateriaal bevat.Wat de behandelingsoplossingen betreft, is de uitdaging niet van technische aard, aangezien pyrolyse, cryogene scheiding (bevriezen) en mechanisch versnipperen bestaan als scheidingstechnieken voor de verschillende materialen.De grootste uitdaging is dat PV-panelen geen afval genereren dat vergelijkbaar is met verpakkingsafval of verbruiksartikelen met een korte levensduur.Daarom is de belangrijkste vraag een economische vraag: wie zal investeren in een verwerkingslijn die geen idee heeft wanneer het afval zal arriveren?
Bij dunnefilmpanelen is een behandelingsproces vereist, waarbij enkele extra stappen nodig zijn om het samengestelde metaal 'cadmiumtelluride' op milieuvriendelijke wijze terug te winnen.Hoewel ze een minder populaire keuze zijn, hebben dunnefilmpanelen een efficiënter materiaalgebruik en bevatten ze een dunnere halfgeleider, waardoor er tijdens de productie op kosten en koolstof wordt bespaard.Deze panelen presteren beter bij weinig licht en onder ‘extreme’ hoeken, handig voor verticale oppervlakken en gevels.
Om de materialen terug te winnen, worden dunne-film-PV-panelen versnipperd om het laminaat te verwijderen, voordat de vaste en vloeibare scherven worden gescheiden door een roterende schroef.De film wordt vervolgens verwijderd met behulp van zuur en peroxide, gevolgd door het verwijderen van tussenlaagmaterialen met trillingen, terwijl het resterende glas en metaal worden gescheiden en teruggewonnen.
Recycling van zonnepanelen op grote schaal
Ondanks dat de huidige recyclinginitiatieven gestaag groeien, wordt momenteel slechts 80 tot 95 procent van de materialen voor zonnepanelen die gerecycled worden, teruggewonnen.Om dit te bevorderen leidt afvalbeheerbedrijf Veolia een project om volledige recycling van zonnepanelen op industriële schaal mogelijk te maken, in een lopend project dat wordt gefinancierd door EIT RawMaterials.ReProSolar ontwikkelt een zeer efficiënt proces voor het recyclen van afgedankte panelen, waardoor alle op silicium gebaseerde PV-modulecomponenten kunnen worden teruggewonnen.
Met behulp van delaminatietechnologie om de zonnecel van de glasplaat te scheiden, winnen fysische en chemische processen alle materialen terug, inclusief puur zilver en silicium, zonder de PV-modules te vernietigen.
In samenwerking met FLAXRES GmbH en ROSI Solar, tweetechnologie bedrijvendie nieuwe methoden ontwikkelen om grondstoffen uit PV-panelen terug te winnen, zal het project tegen het einde van het jaar de haalbaarheid op industriële schaal testen, waarbij in 2024 jaarlijks 5.000 ton buiten gebruik gestelde PV-modules zullen worden verwerkt in een demonstratiefabriek in Duitsland.
Het commercialiseren van een compleet recyclingproces is de sleutel tot het aangaan van de huidige marktuitdaging, waarbij een sterk aanbod van teruggewonnen PV-paneelcomponenten wordt geboden om aan de stijgende vraag naar panelen te voldoen en de toenemende hoeveelheden zonnepanelenafval te verwerken.
Er kunnen aanzienlijke economische winsten worden behaald door het terugwinnen van hoogwaardige PV-paneelcomponenten naarmate de vraag toeneemt.Zilver neemt bijvoorbeeld 0,05 procent van het paneelgewicht voor zijn rekening, maar maakt 14 procent van de marktwaarde uit.Andere waardevolle en winbare metalen zijn onder meer aluminium, koper en tellurium.Volgens Rystad Energy zijn de teruggewonnen materialen uit afgedankte PV-panelen momenteel 170 miljoen dollar waard, maar in 2030 zal dit naar verwachting ruim 2,7 miljard dollar waard zijn.
Herontwerp van zonnepanelen
Naast innovaties in de wereld van recycling van zonnepanelen, wordt ook het ontwerp van de panelen opnieuw vormgegeven met hergebruik in gedachten.De Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek (TNO) heeft in december 2021 hun nieuw ontwikkelde 'Design for Recycling' (D4R) zonnepanelen onthuld, vervaardigd met het oog op het einde van hun levensduur.De panelen, met een geteste levensduur van 30 jaar, zijn ontworpen voor eenvoudige demontage zonder componenten te beschadigen.
De panelen, omhuld met een zelfklevende folie, bevatten een geïntegreerd triggermechanisme voor het scheiden van de cellen en frames.Het proces is energiezuinig en bevat geen giftige elementen.
Het onderzoek is ondergebracht in twee projecten. Het eerste is het DEREC-project, dat de D4R-panelen op kleine schaal heeft geconceptualiseerd en getest om hun schone demontage na een gesimuleerde levensduur te garanderen.Het PARSEC-project zal de technologie vervolgens opschalen naar D4R-panelen op volledige grootte voor commercieel en residentieel gebruik.
Terwijl het panelen zijnvervaardigdBijna 30 jaar geleden, die de huidige uitdaging vormden voor recyclers, kunnen D4R-panelen de recycling van panelen vereenvoudigen om de industrie vooruit te helpen.En naast de nieuwe panelen doet het consortium onderzoek naar recyclingtechnieken voor de huidige modellen zonnepanelen, om te komen tot zuivere siliciumacquisitie voor hergebruik.
Ten slotte
Cumulatief zijn deze innovaties veelbelovend in hun focus op commercialisering, hoewel er bezorgdheid blijft bestaan over de vraag of de vereiste schaal zal worden bereikt, nu zowel de volumes van ter ziele gegane panelen als de vraag naar nieuwe toenemen.Als de commercialiseringsinspanningen echter goed verlopen en als plannen kunnen worden gerealiseerd om panelen te vervaardigen uit volledig teruggewonnen materialen, kijkt de zonnepanelenindustrie naar een robuuste circulaire economie.
Posttijd: 11 januari 2023