Już niebawem miliony ton paneli fotowoltaicznych będą każdego roku zamieniać się w odpady. Dlatego, że ta stale rozwijająca się technologia przekroczyła czterdziestkę. Pierwsze duże instalacje fotowoltaiczne w Europie powstawały w latach 80, a okres ich eksploatacji, to 20-30 lat. Przy takiej żywotności w samej Polsce, do utylizacji lub recyklingu może trafić ponad 100 ton zużytych instalacji fotowoltaicznych. Nic więc dziwnego, że jednym z głównych pytań nie jest dziś to, czy rozwijać przemysłową produkcję modułów fotowoltaicznych, a raczej jaka ma być fotowoltaika przyszłości i jak w przyjazny sposób dla środowiska utylizować zużyte panele? Co prawda już teraz z paneli fotowoltaicznych można odzyskiwać aluminium, krzem czy szkło. Chodzi jednak o to, by odzysk był kompleksowy, tani i jak najwyższy.
Bez krzemu
Odpowiedzią na pierwszą część pytania, jaka ma być przyszłość paneli, mogą być nowe rozwiązania technologiczne. Jednym z nich jest stawianie na zamienniki jak chociażby w instalacjach fotowoltaicznych, w których krzem zastępują ogniwa wykonane w technologii CIGS skrót od Copper, Indium, Gallium and Selenide, bowiem na miedzi, galu, indu i selenie opiera się to rozwiązanie.
Również w ogniwach perowskitowych, ten kluczowy dla elektroniki pierwiastek zastępują perowskity, czyli grupa minerałów o krystalicznej strukturze. Mają mieć one tę wyższość nad krzemowymi, że są w stanie produkować prąd nie tylko pod wpływem słońca, ale też przy zachmurzonym niebie i w cieniu oraz – co najważniejsze – także pod wpływem sztucznego oświetlenia. Są również mniej czułe na różne kąty ustawienia w stosunku do kąta padania światła. Mają być także tańsze w produkcji, bowiem krzem wymaga stopienia w temperaturze około 1000 stopni, za to perowskity można produkować w temperaturze do 100 stopni Celsjusza, przy czym sprawnością dorównują one ogniwom krzemowym.
To tylko dwa przykłady paneli, które mogą w przyszłości zastąpić te obecne oparte na krzemie, na którym opiera się przecież cała elektronika. Dlatego tak ważne stają się rozwiązana pozwalające na jego odzyskiwanie ze zużytych paneli.
Odzyskać co się da
Nad takimi rozwiązaniami pracują naukowcy z Akademii Górniczo-Hutniczej wraz ze spółką technologiczno-badawczą 2loop Tech, która specjalizuje się w recyklingu paneli fotowoltaicznych.
„Stajemy przed globalnym wyzwaniem zagospodarowania zużytych paneli fotowoltaicznych. Nasze metody przetwarzania zużytych paneli, opracowane wraz z firmą 2loop Tech, będą nie tylko w 100% ekologiczne, lecz również efektywne ekonomicznie. Dzięki opracowanym technologiom odzyskamy praktycznie wszystko co możliwe, łącznie z metalami szlachetnymi, takimi jak srebro, w formie umożliwiającej ich ponowne wykorzystanie” – mówił prof. Marek Cała z Wydziału Górnictwa i Geoinżynierii AGH w Krakowie dla portalu Strefa Inwestora.
Kolejnym nowatorskim rozwiązaniem ma być zaproponowana przez badaczy z Politechniki Gdańskiej, technologia odzyskiwania czystego krzemu ze zużytych modułów fotowoltaicznych.
„Opracowaliśmy, chroniony patentem, sposób wydobywania ogniwa krzemowego z modułu, tak, aby w procesie odzysku pozostał krzem o czystości 99,99 proc. i można było go ponownie wykorzystać w produkcji ogniw PV”- mówi prof. Ewa Klugmann-Radziemska, kierownik projektu i dyrektor Szkoły Doktorskiej Wdrożeniowej Politechniki Gdańskiej, cytowana w komunikacie uczelni.
Jak dodaje, technologia jest wyjątkowa, jeśli chodzi o odzysk czystego krzemu.
„Nie ma obecnie w publikacjach naukowych na świecie podobnych rozwiązań, choć wiemy, że przemysł za granicą prowadzi działania w tym zakresie. W Polsce, według dostępnych danych, nie istnieje natomiast żaden zakład, który zajmuje się recyklingiem modułów” – wskazuje prof. Klugmann-Radziemska.
„Rozwiązanie z Politechniki Gdańskiej pozwoli na ograniczenie zużycia cennych materiałów i energii w procesach dalszej produkcji oraz ilości odpadów” – podkreślono w komunikacie.
Naukowcy będą bazować na opracowanym w ubiegłych latach w Katedrze Konwersji i Magazynowania Energii na Wydziale Chemicznym PG sposobie recyklingu modułów PV, który został opatentowany w 2014 roku. Jak poinformowano, pod koniec 2021 r. Politechnika Gdańska udzieliła licencji wyłącznej do korzystania z wynalazku firmie, która jest partnerem przemysłowym w projekcie VENTUS.
„W tym projekcie będziemy prowadzić prace badawcze, które pozwolą firmie określić, czy wdrożenie naszej, dobrze sprawdzającej się w warunkach laboratoryjnych, technologii na dużą skalę będzie możliwe i opłacalne” – informuje prof. Ewa Klugmann-Radziemska.
Jak czytamy w komunikacie PG, w przypadku, gdy z różnych powodów nie uda się odzyskać całego tzw. wafla krzemowego, naukowcy będą pracować nad jego fragmentami, które można wykorzystać w produkcji kolejnych ogniw PV. W tym celu przetopią sproszkowany krzem w piecu Czochralskiego, aby po uzyskaniu walca krystalicznego krzemu (niemal wolnego od defektów), móc wycinać wafle krzemowe do wykorzystania w przemyśle fotowoltaicznym i elektronice.
Kierownik projektu prof. Ewa Klugmann-Radziemska podkreśla, że produkcja szkła, aluminium i krzemu wysokiej czystości, czyli materiałów używanych do produkcji modułów fotowoltaicznych, to najbardziej energochłonne technologie w produkcji przemysłowej. Dlatego zastosowanie materiałów z recyklingu pozwoli znacznie ograniczyć zużycie energii pierwotnej. Co ważne, badania wpisują się również w światowy model gospodarki obiegu zamkniętego.
„Dzięki rozwiązaniu możliwy będzie recykling modułów na poziomie 90 proc. (z uwzględnieniem odzysku aluminium i szkła)” – podkreślono w komunikacie uczelni.
Źródło : Politechnika Gdańska
