LE SFIDE DEL RICICLAGGIO DEI PANNELLI SOLARI

Si prevede che i rifiuti dei pannelli solari aumenteranno di oltre il 4000% nei prossimi dieci anni.L’industria del riciclaggio dei pannelli solari è pronta a gestire questi volumi?Con la domanda di nuovi pannelli in aumento esponenziale e la scarsità di materie prime, la corsa è iniziata.

Pannello solareil riciclaggio sta diventando una vera sfida.Fondamentale per la strategia net zero del Regno Unito, l’energia solare è un’opzione duratura e sostenibile per le imprese e le famiglie, e sta crescendo rapidamente.

Nel 2021, il Regno Unito ha aggiunto 730 MW di nuova capacità solare, portando il volume complessivo a 14,6 GW, un aumento del 5,3% rispetto al 2020, e – nel secondo trimestre del 2022 – l’energia solare ha contribuito per il 6,4% alla produzione totale di elettricità del Regno Unito.Nell’ambito della Strategia per la sicurezza energetica di aprile, il Dipartimento per le imprese, l’energia e la strategia industriale (BEIS) ha confermato che, entro il 2035, si prevede che la diffusione dell’energia solare nel Regno Unito aumenterà di cinque volte, portando il volume complessivo a 70 GW: circa il 15% della previsione del Regno Unito. (e crescente) fabbisogno di elettricità, secondo McKinsey.

Un problema emergente è cosa fare con i pannelli solari una volta raggiunta la fine della loro durata di 30 anni.Man mano che la crescita del mercato continua ad aumentare nel futuro, lo stesso farà il crescente mucchio di rifiuti solari.Secondo l’Agenzia internazionale per le energie rinnovabili (IRENA), si prevede che il Regno Unito genererà 30.000 tonnellate di rifiuti solari nel prossimo decennio.Inoltre, si prevede che un’ondata di pannelli in disuso colpirà il mercato nel 2030, quandopannelli solaridal millennio cominciano a vacillare.L’IRENA prevede che i rifiuti globali derivanti dai pannelli solari saranno compresi tra 1,7 e 8 milioni di tonnellate nel 2030.

Inoltre, si profila un potenziale collo di bottiglia nella fornitura di materie prime, con la domanda di pannelli destinata a superare la disponibilità di componenti vergini.

Si sta aumentando la pressione affinché l’industria del riciclaggio dei pannelli solari aumenti la propria capacità al fine di gestire l’aumento dei pannelli defunti e sostenere la produzione di nuovi pannelli solari.A luglio, Sam Vanderhoof, un esperto del settore solare, ha suggerito che, a livello globale, solo un pannello fotovoltaico su dieci viene riciclato e il resto finisce in discarica, sempre facendo riferimento ai dati IRENA.

Normativa e conformità

Nel Regno Unito,i pannelli solari sono formalmente classificati comeElettrico ed elettronicoAttrezzatura(AEE), nella categoria dedicata 14. In quanto tali, i pannelli fotovoltaici sono coperti dalla normativa sui rifiuti AEE (RAEE);il loro fine vita è monitorato ed è già in corso lo sviluppo di infrastrutture per il riciclaggio di pannelli solari solidi.

I produttori di pannelli solari sono obbligati ad aderire a un Producer Compliance Scheme (PCS), segnalando i tonnellaggi immessi sul mercato e ottenendo note di conformità per coprire il futuro riciclaggio di tali unità.Devono inoltre contrassegnare i prodotti per consigliare gli utenti e gli impianti di trattamento sulla composizione del materiale e sul corretto smaltimento.

Allo stesso tempo, i distributori devono raccogliere i prodotti a fine vita.Devono disporre di una procedura di ritiro dei rifiuti fotovoltaici o contribuire a un programma di ritiro approvato dal governo.

Tuttavia, secondo Scott Butler, amministratore delegato di Material Focus, una ONG finanziata dalle tariffe di conformità RAEE, ci sono alcune considerazioni distintive che influenzeranno il recupero dei pannelli solari: “Con il fotovoltaico ci si aspetta che ci sia un rapporto installatore/disinstallatore per famiglie.Sebbene sia un prodotto domestico, non è qualcosa che molte persone saranno in grado di gestire da sole.

“Immagino che la disinstallazione debba coinvolgere un professionista registrato per l’elettricità di rete… e loro potrebbero essere la chiave per gestire questi [rifiuti].Anche se può essere difficile perché non sono attrezzati per gestire i rifiuti, non è così difficile diventare un trasportatore di rifiuti”.

Butler osserva che i pannelli solari che si stanno avvicinando alla fine del loro ciclo di vita potrebbero rivelarsi difficili da riciclare a causa delle variazioni nella produzione: “In termini di riciclaggio, penso che la sfida con il fotovoltaico sarà comprendere la chimica perché, soprattutto all’inizio, ci sono molte diverse miscele chimiche in corso.Le cose che inizieranno a uscire adesso sono piuttosto vecchie, 20 anni sono un ciclo piuttosto lungo.Quindi forse c’è una lacuna informativa che potrebbe dover essere colmata su chi ha messo cosa sul mercato e di cosa si tratta”.

Processi di riciclaggio

I processi di riciclaggio dei pannelli variano a seconda della composizione del pannello solare, il più comune dei quali è a base di silicio.Noti per la loro convenienza e flessibilità, i pannelli solari al silicio costituivano una quota del 73,3% del mercato nel 2020;il film sottile rappresentava il 10,4% e i pannelli fabbricati con altri materiali (coloranti sensibilizzati, fotovoltaici concentrati, ibridi organici) rappresentavano il restante 16,3% (Chowdhury et al, 2020).

Una volta raccolto, qualsiasiPannello fotovoltaicoè difficile da smontare.Il telaio in alluminio e la scatola di giunzione possono essere rimossi in modo abbastanza semplice;la parte impegnativa è la lastra di vetro piano laminato, che contiene basse quantità di metalli ferrosi e non ferrosi, plastica e materiale semiconduttore.Per quanto riguarda le soluzioni di trattamento, la sfida non è tecnica, poiché la pirolisi, la separazione criogenica (congelamento) e la triturazione meccanica esistono come tecniche di separazione per i diversi materiali.La sfida più grande è che i pannelli fotovoltaici non generano rifiuti simili ai rifiuti di imballaggio o ai materiali di consumo con una vita breve.La questione principale quindi è economica: chi investirà in una linea di trattamento che non ha idea di quando arriveranno i rifiuti?

I pannelli a film sottile comportano un processo di trattamento che richiede alcune fasi aggiuntive per recuperare il composto metallico "tellururo di cadmio" in modo rispettoso dell'ambiente.Sebbene siano una scelta meno popolare, i pannelli a film sottile hanno un utilizzo del materiale più efficiente, ospitando un semiconduttore più sottile, risparmiando sui costi e sul carbonio durante la produzione.Questi pannelli funzionano meglio in condizioni di scarsa illuminazione e ad angoli "estremi", utili per superfici verticali e facciate.

Per recuperare i materiali, i pannelli fotovoltaici a film sottile vengono triturati per rimuovere la laminazione, prima che i frammenti solidi e liquidi vengano separati da una coclea rotante.La pellicola viene quindi rimossa utilizzando acido e perossido, seguita dalla rimozione dei materiali interstrato mediante vibrazione, mentre il vetro e il metallo rimanenti vengono separati e recuperati.

Riciclo dei pannelli solari su larga scala

Nonostante le attuali iniziative di riciclaggio siano in costante crescita, attualmente viene recuperato solo l’80-95% dei materiali dei pannelli solari che arrivano al riciclo.Per promuovere questo obiettivo, la società di gestione dei rifiuti Veolia sta conducendo un progetto per portare il riciclaggio completo dei pannelli solari su scala industriale, in un progetto in corso finanziato da EIT RawMaterials.ReProSolar sta sviluppando un processo altamente efficiente per il riciclaggio dei pannelli a fine vita, consentendo il recupero di tutti i componenti dei moduli fotovoltaici a base di silicio.

Utilizzando la tecnologia di delaminazione per separare la cella solare dalla lastra di vetro, i processi fisici e chimici recuperano tutti i materiali, inclusi argento puro e silicio, senza distruggere i moduli fotovoltaici.

In collaborazione con FLAXRES GmbH e ROSI Solar, dueaziende tecnologicheche stanno sviluppando nuovi metodi per recuperare le materie prime dai pannelli fotovoltaici, il progetto ne testerà la fattibilità su scala industriale entro la fine dell’anno, con 5.000 tonnellate di moduli fotovoltaici dismessi da trattare ogni anno in un impianto dimostrativo in Germania nel 2024.

Commercializzare un processo di riciclaggio completo è fondamentale per affrontare l’attuale sfida del mercato, portando una forte offerta di componenti di pannelli fotovoltaici recuperati per soddisfare la crescente domanda di pannelli e gestire i volumi crescenti di rifiuti di pannelli solari.

Notevoli guadagni economici potrebbero essere ottenuti dal recupero di componenti di pannelli fotovoltaici di alto valore man mano che la domanda aumenta.L'argento, ad esempio, pur rappresentando lo 0,05% del peso del pannello, costituisce il 14% del suo valore di mercato.Altri metalli preziosi e recuperabili includono alluminio, rame e tellurio.Secondo Rystad Energy, sebbene i materiali recuperati dai pannelli fotovoltaici a fine vita valgano attualmente 170 milioni di dollari, si prevede che varranno più di 2,7 miliardi di dollari nel 2030.

Riprogettazione dei pannelli solari

Oltre alle innovazioni nel mondo del riciclaggio dei pannelli solari, anche il design dei pannelli viene ripensato pensando al riutilizzo.L'Organizzazione olandese per la ricerca scientifica applicata (TNO) ha rivelato nel dicembre 2021 i suoi pannelli solari "Design for Recycling" (D4R) di nuova concezione, fabbricati tenendo conto delle considerazioni sulla fine del ciclo di vita.I pannelli, con una durata testata di 30 anni, sono progettati per un facile smontaggio senza danneggiare i componenti.

I pannelli, incapsulati con una pellicola adesiva, contengono un meccanismo di attivazione integrato per la separazione delle celle e dei telai.Il processo è a basso consumo energetico e non coinvolge elementi tossici.

La ricerca è ospitata da due progetti, il primo è il progetto DEREC, che ha concettualizzato e testato i pannelli D4R su piccola scala per garantirne lo smantellamento pulito dopo una vita di servizio simulata.Il progetto PARSEC estenderà quindi la tecnologia ai pannelli D4R a grandezza naturale per uso commerciale e residenziale.

Mentre si tratta di pannellimanufattoquasi 30 anni fa che rappresentano la sfida attuale per i riciclatori, i pannelli D4R possono semplificare il riciclaggio dei pannelli per far avanzare il settore.E, oltre ai nuovi pannelli, il consorzio sta ricercando tecniche di riciclaggio per gli attuali modelli di pannelli solari, per ottenere l'acquisizione di silicio puro per il riutilizzo.

Insomma

Nel complesso, queste innovazioni si dimostrano promettenti in quanto si concentrano sulla commercializzazione, anche se rimane la preoccupazione se la scala richiesta sarà soddisfatta, con l’aumento sia dei volumi di pannelli defunti che della domanda di nuovi.Tuttavia, se gli sforzi di commercializzazione andranno a buon fine e se i piani per la produzione di pannelli da materiali completamente recuperati potranno essere realizzati, l’industria dei pannelli solari sta guardando ad una solida economia circolare.