Hogyan kellene menedzselni a napelemek paneljeinek újrahasznosítását
A napelemek egyre nagyobb és fontosabb szerepet töltenek be a megújuló energiaforrások között a klímaváltozás elleni harcban. Összességében egy igen komplex technológiára épül a rendszer, és az élettartamának végén elég sok nagy méretű panel marad meg mint elektronikai hulladék. A nagy gond, hogy a világ most még nincs felkészülve és még tervek sincsenek, hogy mihez is kellene majd kezdeni ezzel a hulladéktípussal.
Viszont hamarosan ezzel a témával is el kell kezdeni foglalkozni, ugyanis a szolár elektronikai hulladéktömeg már a nyakunkon van. Az International Renewable Energy Agency előrejelzése szerint 2050-ig összesen 78 millió köbtonna napelem éri el az élettartama végét, és a világ éves szinten körülbelül 6 millió köbtonna új napelem e-hulladékot termel majd évente. Habár ez az éves mennyiség még csak kis töredéke az emberiség által termelt teljes elektronikai hulladéknak, azonban a standard elektronikai hulladék újrafeldolgozására kialakított metódusok nem használhatók fel a napelemekre. Ugyanis a szolár panelek legértékesebb alkotóelemeinek mint az ezüst és a szilícium kinyerése nagyon bonyolult újrahasznosítási megoldásokat igényel. Ha pedig nem fejlesztjük tökélyre ezt a bonyolult folyamatot, és nem igazítjuk hozzá a jogszabályokat, amik támogatni tudják az újrahasznosítás szükségességét, akkor beláthatjuk, hogy nagyon rossz dolgok történhetnek.
“Ha nem tesszük kötelezővé az újrahasznosítást, akkor a legtöbb modul a hulladéktelepekre jut,” figyelmeztet az Arizona State University kutatója Meng Tao. Társaival együtt nem régen kiadtak egy publikációt, ami a szolár panelek szilíciumának az újrahasznosításáról szól.
Ki kell nyerni a szilíciumot és az ezüstöt
A szolár paneleket fotovoltikus (PV – photovoltaic) cellák alkotják, amelyek átalakítják a napfényt elektromossággá. Ha ezeket a panelek szeméttelepekre kerülnek újrafeldolgozás nélkül, rengeteg értékes erőforrás veszik el. Emellett a szolár panelek mérgező anyagokat is tartalmaznak mint amilyen az ólom, amely a lebomlás során kiszivároghat, és a hulladéktelepek talaját és környezetét még tovább mérgezi.
A legtöbb napelemgyártó állítása szerint a legyártott panelek élettartama 25 év, és a világon a 2000-es évek elején kezdett el igazán elterjedni ez a technológia. Ennek eredményeképpen most jutunk el oda, hogy az első telepített napelemparkok elérik az élettartamuk végét. A PV Cycle, egy a dedikált szolár panelek újrahasznosításával foglalkozó non-profit vállalat évente több ezer tonna szolár e-hulladékot gyűjt össze az Európai Unión belül. A begyűjtött hulladékok között egyaránt találunk olyan paneleket, amelyeket már leszereltek, mert élettartamuk végére értek, vagy olyanokat, amiket viharok tettek tönkre, valamilyen gyártási hiba tette tönkre őket, vagy a régebbi típust egy újabb hatékonyabb panelre cserélték.
Ha egy napelem lap eléri az élettartam végét ma, akkor különböző ‘sors’ várhat rá. Az EU szabályozása szerint a gyártóknak felelősséget kell vállalni arra, hogy a szolár panelek megfelelő módon újrahasznosításra kerüljenek. Ma már Japánban, Indiában és Ausztráliában is vannak újrahasznosítási követelmények. Azonban az Egyesült Államokban ma még vadnyugati idők uralkodnak. Az USA-ban ma még csak Washington államnak van kötelező újrahasznosítási szabályozása, a többi tagállamban nincs törvénybe iktatott szabályozás. Az önkéntes iparági újrahasznosítás pedig nagyon limitált. A Recycle PV vezérigazgatója, Sam Vanderhoof szerint iparági becslések alapján ma még a napelemek mindössze 10%-a kerül újrahasznosításra. A többi feldolgozatlanul a hulladéktelepekre kerül vagy a tengerentúlra szállítják, ahol a fejlődő országokban valamilyen módon újra összeszerelik.
Fejleszteni kell az újrahasznosítási folyamatokat is
Azonban még maga az újrahasznosítás is gyerekcipőben jár, és van sok tér a fejlődésre. A szolár panel alapvetően nem más mint egy elektronikai szendvics. A közepét vékony rétegű kristályos szilícium cellák alkotják, amit polimerekből és üvegből álló lapok védenek felülről és alulról is. Az egészet egy alumínium váz tartja össze. A panel alsó részén egy elektronikai dobozban rézkábel van, amely vezeti el a keletkezett elektromosságot.
Egy tipikus e-hulladékot feldolgozó létesítmény nagyon durván bánik ezzel a high-tech szendviccsel. Leggyakrabban csak leveszik ezt az alumínium keretet és az elektronikai dobozt, amiből kiszedik aztán az alumíniumot és a rezet. Ezek után bezúzzák a modul többi részét, beleértve az üveget, polimereket és szilícium cellákat is. Mivel azonban a bezúzott anyag nagy része üveg a súlya alapján, ezért az egészet tisztítatlan üvegtörmeléknek tekintik. Tao és kollégái kutatásai szerint egy 60 szilícium cellás panel újrahasznosításával körülbelül 3 dollárnyi alumíniumot, rezet és üveget lehet kinyerni. Vanderhoof szerint azonban az USA-ban egy panel újrahasznosítása ma 12-25 dollárba kerül, beleértve a szállítási költséget is. Ugyanakkor ha a tagállam megengedi, akkor egy szolár panel elhelyezése a szeméttelepen mindössze 1 dollárba kerül.
„Úgy hisszük, hogy az Egyesült Államokban az újrahasznosítás nagy vak foltja az, hogy a költségek messze meghaladják a bevételt,” – nyilatkozta Meng. „10: 1 arányban van ez most nagyjából.”
Kevés a jógyakorlat a világon
Ha a napelemek értékesebb alkotóelemei – nevezetesen a szilícium és az ezüst – hatékonyan elválaszthatók és tisztíthatók lennének, az javíthatná a költség-bevétel arányt. Néhány dedikált szolár fotovoltikus újrahasznosító próbálja ezt megtenni. A Veolia, aki a világ egyetlen kereskedelmi méretű szilícium fotovoltikus újrahasznosító üzemét Franciaországban üzemelteti, feldarabolja és ledarálja a paneleket, majd optikai technikát alkalmaz az alacsony tisztaságú szilícium visszanyerésére.
Vanderhoof szerint a Recycle PV Solar kezdetben „hőkezelést és golyósmalom eljárást” használt, amely a panelen lévő anyagok több mint 90 százalékát képes volt visszanyerni, beleértve az alacsony tisztaságú ezüstöt és a szilíciumot.
A cég azonban nemrégiben kapott néhány új felszerelést európai partnereitől. Ezek „több mint 95 százalékos visszanyerést” tudnak elérni, miközben a kinyert anyagokat sokkal jobban szétválasztják.
Egyes fotovoltikus kutatók ennél is jobb eredményt akarnak elérni. Egy újabb közelmúltbeli cikkben a National Renewable Energy Laboratory tudósai által vezetett munkacsoport újabb újrahasznosítási folyamatok kidolgozására hívja fel a figyelmet. Ezen folyamatok során az összes fémet és ásványi anyagot nagy tisztasággal nyernék vissza. A cél az, hogy az újrahasznosítás a lehető leggazdaságosabb és környezeti szempontból előnyös legyen. Ahogyan azt Garvin Heath tanulmányában írja, az ilyen folyamatokhoz lehetséges, hogy hőkezelést vagy kémiai kezelést alkalmaznak, hogy az üveget szét tudják választani a szilícium celláktól. Ezeket más kémiai vagy elektromos eljárások követnek a szilícium és a különféle nyomelemek szétválasztására és tisztítására.
„Amire szükségünk van az egy nagy értékű, integrált újrahasznosítási rendszer” – nyilatkozta Heath. „A nagy érték azt jelenti, hogy vissza akarjuk állítani az összes alkotóelemet, ami értékkel bír ezekből a modulokból. Az integrált pedig az újrahasznosítási folyamatra utal, ami az összes anyagra alkalmazható, és nem kell az egyik újrahasznosító állomásról a másikra továbbvinni.”
Újrahasznosítás helyett újrafelhasználás?
A jobb újrahasznosítási módszerek kidolgozása mellett a napenergia-iparnak gondolkodnia kellene a panelek minden lehetséges újrafelhasználásáról is. A használt napelemekért valószínűleg magasabb árat fizetnek, mint a benne lévő fémekért és ásványokért. Az ismételt felhasználás általában kevesebb energiát igényel, mint az újrahasznosítás. Ahogyan az újrahasznosítás esetében is, az EU erre is törekszik. Az Európai Bizottság a napenergia-ipari program körkörös üzleti modelljein keresztül számos demonstrációs projektet támogat. Ezek megmutatják, hogyan lehet újra felhasználni a háztetők és a napenergia-farmok napelemeit, ideértve az e-biciklik töltőállomásainak táplálását Berlinben és házkomplexumokat Belgiumban.
A Recycle PV Solar is újra hitelesíti és ismételten eladja a visszakapott jó állapotú paneleket. Ezzel Vanderhoof szerint hozzájárulnak az újrahasznosítás költségeinek ellensúlyozásához. Őt és Tao-t is aggasztja ugyanakkor, hogy az egyesült államokbeli újrahasznosítók külföldön értékesítik alacsony szinten ellenőrzött, használt napelemeiket a fejlődő országokba. „És ezekben az országokban általában nincsenek előírások az elektronikai hulladékokra” – mondta Tao. „Szóval végül a problémát egy szegény fejlődő országra harítja.”
A napenergia újrahasznosító ipar fenntartható növekedéséhez támogató politikákra és rendeletekre van szükség. Az EU modellje, amely szerint a gyártók finanszírozzák a napelemek visszavételét és újrahasznosítását, jó gyakorlat lenne az Egyesült Államoknak is. De mielőtt ez megtörténik, az Egyesült Államok törvényhozóinak fel kell ismerniük, hogy a probléma létezik, és csak egyre növekszik, ezért Vanderhoof sok időt fordít az edukációra is.
„Szembe kell néznünk azzal a ténnyel, hogy a napelemek idővel meghibásodnak, és nagyon sok van belőlük” – nyilatkozta. „És mit tegyünk, amikor kezdenek tönkremenni? Nem jó, ha ezt a felelősséget a fogyasztóra hárítjuk, pedig most éppen itt tartunk.”