クリーンで環境に優しい方法で太陽光パネルをリサイクル

の創設者
9-テック 9-Tech は、もっと良い方法があると言う。彼らのプロセスは、燃焼炉、超音波浴、機械選別を伴う騒音を伴うもので、その振動で、彼らが 2 年近くその操作をテストしてきた小さな貨物コンテナの床が揺れるほどだ。同社は有毒化学物質を使用せず、環境に汚染物質を放出せず、ソーラー パネルの材料の最大 90 パーセントを回収していると、9-Tech の最高技術責任者であるフランチェスコ ミセロッキ氏は言う。

シリコンとガラスの破片がパネルの残りの部分から分離されます。

ルイージ・アヴァンタジャート

太陽光パネルのリサイクル方法

PV パネルからフレーム、ガラス、接続ボックスが取り外された後、シリコン、ポリマー、金属導体の内側の曲げられる層が残ります。作業員は、オーブンの準備として、内側の層を大きな部分に切断します。ルイージ・アヴァンタジャート

同社は、太陽電池パネルを構成する結晶シリコンパネルに合わせてプロセスを調整しています。 世界の太陽光発電市場の97パーセントパネルは通常 構成 ホウ素とリンをドープしたシリコン ウェーハのアレイに、反射防止コーティングを施したシリコン窒化物です。銀の導体がウェーハの表面にスクリーン印刷され、銅の導体がグリッド パターンでアレイにはんだ付けされます。材料を湿気や損傷から保護するため、メーカーはアレイ全体を接着ポリマー (通常はエチレン酢酸ビニル) でラミネートします。次に、ラミネートされたアレイを強化ガラス シートで覆い、全体をアルミニウムで囲み、端をシールして、背面にジャンクション ボックスを取り付けます。

パネルをリサイクルするとき、最も難しいステップの 1 つは、あらゆるものに付着しているポリマーを除去することです。「端や接着剤の点だけではありません。数平方フィートの表面全体にポリマーが付着しています」とヒース氏は言います。ポリマーは焼き払うことができますが、一酸化炭素、フッ化水素酸、その他の有害な汚染物質が放出されます。銀導体を分離することも困難です。銀導体は、約 10 ～ 20 マイクロメートルの非常に薄い層で塗布されており、シリコンに強く付着しているからです。銀導体の除去には通常、フッ化水素酸、硝酸、水酸化ナトリウムなどの有毒な試薬が使用されます。

9-Tech のチームは、2 つの方法でこれらの課題に取り組んでいます。有毒な化学物質ではなく超音波を使用して銀を回収し、ポリマーを燃焼しながらも、放出される汚染物質を捕捉します。

シリコンとポリマーの層が連続燃焼炉に送り込まれ、材料が 400 °C 以上に加熱され、ポリマーが気化します。9-テック

同社のパイロットプラントでのプロセスは、作業員がアルミフレーム、ジャンクションボックス、強化ガラスを手作業で取り除くことから始まります。こうすると、ポリマー、シリコンウェーハ、金属導体のサンドイッチが残ります。フレームやガラスがないと、サンドイッチ層が曲がり、壊れやすいシリコンが粉々に砕けてしまいます。作業員は強化ガラスを割り、ポリマーのおかげでほとんどそのまま残っているすべての材料を連続燃焼炉に送り込みます。400 °C 以上に加熱されるとポリマーが蒸発し、フィルターが汚染物質を捕らえます。このシステムは炉からの熱も捕らえて再利用し、エネルギー効率を高めます。

PV 材料が炉から排出された後、機械ローラーが銅グリッドを分離します。ルイージ・アヴァンタジャート

材料がオーブンから出た後、機械ふるいによって銅、ガラス、シリコンが分離されます。上: ルイージ・アヴァバンジャート; 下: 9-Tech

残りの材料が炉から出てくると、ローラーが機械的に銅をはぎ取る。一連のふるいが、ガラスとシリコンの破片を厚さに基づいて選別する。銀がまだ混じったシリコン片は有機酸の浴槽に浸され、要素間の結合を緩めるために超音波処理される。超音波は酸の浴槽に音波を伝播させることで機能し、高圧と低圧のサイクルが交互に発生する。波が十分に強いと、キャビテーション バブルが発生し、材料と機械的に相互作用して銀がシリコンから剥がれると、9-Tech の CEO である Pietrogiovanni Cerchier 氏は説明する。

最後に、作業員はメッシュ ネットを使用して超音波槽からシリコンの破片を取り除きます。これにより、溶液に銀の微細な粉塵が残りますが、これは濾過または遠心分離機で回収できます。セルシエ氏によると、9-Tech のパイロット プラントでは、PV モジュールから銀の 90 パーセント、シリコンの 95 パーセント、銅、アルミニウム、ガラスの 99 パーセント以上を回収できます。さらに、この材料は純度が高いと考えられているため、再利用できる用途の種類が増えます。

9-Tech の作業員は、銀で覆われたシリコン片を有機酸の浴槽に浸し、超音波処理して要素間の結合を緩めます。9-テック

このスタートアップのリサイクル プロセスは、アルミニウムとガラスのみを回収する既存の方法よりも高価です。しかし、高純度のシリコン、銀、銅を抽出できるため、追加コストは相殺されるはずです、とミセロッキ氏は言います。さらに、この方法は、未使用の元素を採掘するよりも効率的です。1 トンのソーラー パネルから約 500 グラムの銀を抽出できますが、1 トンの鉱石からはわずか 165 グラムの銀しか抽出できない、と同氏は言います。「寿命を迎えた太陽光発電パネルには、まだ多くの可能性が残っています」とミセロッキ氏は言います。「貴重な元素の小さな鉱山とみなすことができます。」

銀はシリコン槽から微細な粉末となって出てきます。 9-テック

PVパネルをリサイクルする新たな方法が多数

9-Tech の PV パネルリサイクルプロセスから、高純度の銅、ガラス、シリコンが回収されます。ルイージ・アヴァンタジャート

9-Tech チームは、今後 18 か月かけてより大規模な実証施設を建設した後、この方法の収益性についてさらに詳しく知ることになるだろう。この施設は、輸送コンテナと同じベニスの工業地区に建設される予定で、1 日に最大 800 個のソーラー モジュールを処理できる。彼らのパイロット プラントでは、1 日に処理できるモジュールはわずか 7 個程度である。

同社のアプローチは、開発中の結晶シリコンPVパネルのリサイクル方法の1つです。
総合的なレビュー 4月に出版された クリーナープロダクションジャーナル 熱、化学、機械、光学的アプローチを含む、世界中で数十の取り組みが特定されました。最も一般的な方法は、シリコン、金属、ポリマー層を細かく粉砕し、密度によって分離し、熱または化学プロセスでシリコンと金属を回収することです。その他のプロセスには、レーザー照射、高電圧パルス、光学選別、熱分解、化学溶剤、エッチング、ホットナイフによる剥離などがあります。

この革新の原動力となっているのは、2012年に欧州連合が採択した規制である。この規制では、EU内のすべてのPVパネルメーカーに回収またはリサイクルプログラムを実施するか、他のリサイクルスキームと提携することが義務付けられている。その結果、ヨーロッパで最も太陽光発電容量が大きいドイツは、
最大のPVリサイクルシステム 世界で。

「寿命を迎えた太陽光発電パネルには、まだ多くの可能性が秘められています」とミセロッキ氏は言う。「貴重な元素の小さな鉱山とも言えるのです。」

しかし、リサイクルは大量生産のビジネスであり、太陽光発電所を壊滅させるような壊滅的な天候現象を除けば、使用済みの太陽光モジュールがリサイクル業者に届くのは比較的少ない。さらに、回収された材料に第二の人生を与えるという課題もあるが、サプライチェーンは十分に発達していない。

アリゾナ州テンピに拠点を置く世界的な太陽光発電メーカーであるファーストソーラーは、これらの問題の両方を大規模に解決するために、
社内リサイクルプログラム ファーストソーラーは5カ国に7つの施設を持つ。同社はカドミウムテルル化物薄膜太陽電池パネルを製造しており、購入者はリサイクル料金を組み込んだ状態で購入できる。パネルの寿命が尽きると、購入者はそれをファーストソーラーに送り返し、新しい製品にリサイクルする。同社によれば、半導体材料は最大41回リサイクルでき、寿命は1,200年以上になるという。しかし、ガラスは太陽電池モジュールに再利用できるほど純粋ではないため、同社はフロートガラス製造業者に窓やドアに使用するよう供給する予定だ。

リサイクルの難しさから、研究者たちは結晶太陽電池パネルの製造方法を再考するようになった。例えば、一部のメーカーは回収が難しい銀を削減または排除し、他の導電性金属に置き換えようとしている。そしてNRELのチームは
2月に、ガラス板をレーザー溶接することでPVパネル内のポリマーを除去する方法を実証した。 代わりに、湿気を遮断する効果を高めることができるかもしれない。この技術は、 ペロブスカイト太陽電池モジュール、特に湿気や腐食の影響を受けやすい有望な技術です。

「リサイクルだけが唯一の戦略であってはならない」とヒース氏は言う。リサイクルに頼る前に、太陽光パネルを修理したり再利用したりして寿命を延ばす代替手段を検討すべきだとヒース氏は言う。

Luigi Avantaggiato による追加レポート