Recyklingu modułów PV: zagrożenie w przyszłości czy potencjalny biznes?

2021-06-02

Wraz ze wzrostem światowego rynku fotowoltaicznego rośnie również liczba modułów PV wycofanych z eksploatacji. Już 4 lata temu ilość odpadów fotowoltaicznych na świecie wynosiła od 43 500 do 250 000 ton, co stanowi od 0,1% do 0,6% łącznej masy wszystkich zainstalowanych modułów PV na świecie. Biorąc pod uwagę ich średni okres użytkowania wynoszący 30 lat, spodziewane są na rynku światowym duże ilości odpadów tego typu już w 2030 r. Według MAE (Międzynarodowa Agencja Energii Odnawialnej) w 2050 r. prawdopodobnie będą one stanowić od 5,5 do 6 mln ton rocznie, czyli prawie tyle samo, co nowa zainstalowana moc na świecie (6,7 mln ton). Temu wykładniczemu wzrostowi liczby wycofywanych modułów PV z eksploatacji towarzyszyć będą poważne zagrożenia związane z zanieczyszczeniem, w tym ołowiem i kadmem, które są elementami każdego klasycznego modułu PV [2][4].

Według raportu Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej (IRENA) oraz Programu IEA-PVPS „End-of-Life Management: Solar Photovoltaic Panels” recykling lub zmiana przeznaczenia modułów PV może uwolnić około 78 milionów ton surowców oraz innych materiałów w skali światowej do 2050 roku [2].

Przewidywan ilości odpadów z systemów PV do roku 2050 wg IRENA
Foto. Przewidywan ilości odpadów z systemów PV do roku 2050 wg IRENA

W obecnych y wzrost ilości odpadów z systemów PV do roku 2050 wg IRENA

W obecnych latach biorąc pod uwagę jeszcze małe ilości recyrkulowanych modułów PV na rynku koszt recyklingu jest wyższy niż po prostu wyrzucenie modułów na wysypiska, a wartość odzyskanych materiałów jest najczęściej mniejsza niż materiałów wykorzystywanych do produkcji, więc zainteresowanie firm na świecie recyklingiem jest ograniczone. To będzie się zmieniało wraz z rosnąca ilości utylizowanych modułów PV. Dodatkowo biorąc pod uwagę obecność metali ciężkich, jeśli odpady z modułów PV będą źle gospodarowane, jesteśmy na dobrej drodze do kolejnego kryzysu związanego z recyklingiem tzw. trudnych produktów. Np. Ołów i cyna z modułów PV jeśli dostaną się do gleby i wód gruntowych mogą spowodować problemy zdrowotne i środowiskowe. Niestety tylko Europa jest jedynym regionem, który ma solidne i przejrzyste ramy regulacyjne wspierające proces recyklingu PV.

Recykling modułów PV – czy to może się opłacać?

Z prawnego punktu widzenia odpady z paneli fotowoltaicznych nadal na świecie podlegają ogólnej klasyfikacji odpadów. Jedyny wyjątek istnieje na poziomie UE, gdzie panele fotowoltaiczne są zdefiniowane jako tzw. e-odpady w dyrektywie 2012/19/UE w sprawie zużytego sprzętu elektrycznego i elektronicznego (WEEE - Waste from Electrical and Electronic Equipment). Definiuje ona panele fotowoltaiczne jako urządzenia elektroniczne i wymaga dla nich 85% skuteczności w odzyskiwaniu surowców wtórnych. Z tego przynajmniej 80% musi zostać wykorzystane w recyklingu lub dalszej produkcji. Zgodnie z unijnymi zaleceniami, producenci modułów fotowoltaicznych zainstalowanych w UE powinni pokryć koszty ich zbiórki i recyklingu [3].

Głównym składnikiem całkowitej masy typowego modułu PV z krzemu krystalicznego jest szkło (75%), następnie tworzywo sztuczne (10%), aluminium (8%), krzem (5%), miedź (1%) i niewielkie ilości srebra, cyny, ołowiu i innych metali. Poniżej przedstawiono obrazowy uzysk materiałowy z recyklingu całej farmy PV. Widać, że przy odpowiednio zaprojektowanym procesie recyklingu jesteśmy w stanie odzyskać sporo wartościowych surowców. Miedź, srebro i krzem stanowią cenną okazję do wartościowego odzysku jeśli będą skutecznie odzyskiwane . Dlatego potencjalną opcję składowania/unieszkodliwiania należy w pełni zastąpić recyklingiem, aby zapobiec zanieczyszczeniu środowiska i odzyskać cenne materiały obecne w klasycznym module PV [1][2][4].

Do efektywnych działań niezbędne są przepisy lub zachęty ekonomiczne. Wśród cennych materiałów w module PV największą szansę daje krzem, biorąc pod uwagę jego znaczącą frakcję w module PV i bardzo wysoką czystość (99,9999%). Krzem z modułów PV można odzyskać do zastosowania w nowych modułach PV lub np. do zastosowania w anodach baterii litowo-jonowych w magazynach energii bądź akumulatorach w samochodach elektrycznych [6].

Uzyskiwane materiały z recyklingu materiałowego 1 MW instalacji PV
Foto. Uzyskiwane materiały z recyklingu materiałowego 1 MW instalacji PV

Kontynuując zagadnienie elektromobilności warto zdawać sobie sprawę, że dzisiejsze akumulatory do pojazdów elektrycznych stanowią istotną część całkowitego kosztu pojazdów elektrycznych (od 33% do 57% w zależności od samochodu ), a produkcja materiałów ma największy udział w kosztach energii potrzebnej do produkcji akumulatorów. Strategie cięcia kosztów w zaawansowanych technologiach w tym i w elektromobilności opierają się w dużej mierze na innowacjach na poziomie materiałów, tj. pozyskiwaniu i przetwarzaniu surowców. Recykling surowców z modułów PV, których będą niedługo ogromne ilości daje tutaj spore pole do działań [6][8][9].

Technologie recyklingu

Dobra wiadomość jest taka, że już teraz istnieją rozwiązania technologiczne, które pozwalają odzyskać zdecydowaną większość surowców wykorzystanych do produkcji modułów PV. Przykładem może być francuski zakład recyklingu Veolii, który specjalizuje się w recyklingu klasycznych modułów PV. Typowy moduł PV z krzemu krystalicznego składa się z 65-75% szkła, 10-15% aluminiowa rama, 10% plastiku i 3-5% krzemu. Zakład recyklingu Veolii może demontować, sortować, przetwarzać i poddawać recyklingowi 95% przetwarzanych materiałów. Zakład będzie poddawał recyklingowi 1300 ton paneli słonecznych w 2018 r. I wyznaczył cel w postaci recyklingu 4000 ton w 2022 r [4][5].

Po przetworzeniu i zapakowaniu posortowanych materiałów są one wysyłane do różnych branż w celu ponownego wykorzystania. Wśród nich dwie trzecie szkła jest poddawane recyklingowi i staje się stłuczką, która jest wysyłana do przemysłu szklarskiego. Rama aluminiowa jest wysyłana do rafinerii aluminium. Odpady z tworzyw sztucznych można wykorzystać jako paliwo w cementowni. Odzyskany krzem można wykorzystać w przemyśle metali szlachetnych [4][5].

Poszczególne etapy recyklingu modułów PV realizowane w zakładzie recyklingu firmy Veolii
Foto – Poszczególne etapy recyklingu modułów PV realizowane w zakładzie recyklingu firmy Veolii [4][5]

Recykling modułów PV jest jak widać procesem wieloetapowym. Zużyte moduły w pierwszej kolejności poddawane są mechanicznym procesom cięcia i rozdrabniania, kolejne etapy obejmują obróbkę chemiczną lub termiczną oraz oczyszczanie powierzchni modułów. Na tym etapie ogniwa poddaje się procesowi oczyszczenia, podczas którego usuwane zostają warstwy niepożądane w celu uzyskania podłoża krzemowego, które nadawałoby się do ponownego zastosowania. Problem stanowi również fakt, że producenci modułów PV stosują ogniwa wyprodukowane w różnej technologii - w związku z czym obrana metoda recyklingu musi być dostosowana do konkretnego rodzaju ogniw.

Recykling modułów PV w Polsce

Pod względem prawnym w Polsce utylizacja modułów fotowoltaicznych odbywa się na takich samych zasadach jak utylizacja każdego innego zużytego sprzętu elektrycznego. Wynika to z tego, że rozumieniu ustawy z dnia 11 września 2015 r. o zużytym sprzęcie elektrycznym i elektronicznym moduły PV stanowią sprzęt elektryczny i elektroniczny, w tym sprzęt wielkogabarytowy. Ustawa nakłada wiele obowiązków dla wprowadzających na krajowy moduły fotowoltaiczne. Produkty takie objęte są rozszerzoną odpowiedzialnością producenta (ROP). Recykling modułów PV może być realizowany we własnym zakresie, lub z pomocą organizacji odzysku. Firma wprowadzająca na rynek instalacje fotowoltaiczne ma obowiązek zarejestrowania się w Rejestrze BDO (Baza danych o produktach i opakowaniach oraz gospodarce) jako wprowadzający produkt na rynek, prowadzenia kampanii edukacyjnych, zorganizowania i sfinansowania zbierania oraz przetwarzania zużytego sprzętu powstałego ze sprzętu, który został przez niego wprowadzony do obrotu oraz osiągnięcie odpowiedniego poziomu zbierania zużytego sprzętu [8].

W Polsce na chwilę obecną, właściciel instalacji PV nie musi na własny koszt jej zutylizować. Cena utylizacji jest (powinna być) wliczona w cenę początkową modułów. Jeśli jednak jest problem z kontaktem z dystrybutorem/producentem modułów PV pewnie będzie trzeba to robić samemu. Nie można jednak tego zrobić np. oddając moduły razem z odpadami wielkogabarytowymi. Potrzebna jest wyspecjalizowana firma, która powinna wydać zaświadczenie potwierdzające realizację takiej usługi. Poświadczenie musi zawierać informację o tym, jak została przeprowadzona utylizacja.

Koszt usługi utylizacji modułu PV kształtuje się w granicach 1,5 zł/kg. Dla przykładu biorąc pod uwagę utylizację PV z domu jednorodzinnego o mocy 10 kW, na którą składa się około 30 modułów o masie ok. 18 kg da nam koszt utylizacji na poziomie 800 zł. czyli ok. 2% wartości całej instalacji PV [7].

W przypadku gdy do utylizacji moduł PV dostarcza firma, a nie osoba fizyczna firma taka powinna posiadać bezwzględnie wspomniany wpis do tzw. bazy BDO. W przypadku, gdy moduły PV oddaje osoba fizyczna, wpis do rejestru BDO nie jest wymagany [7].

Podsumowanie

Moduły PV można poddać efektywnemu recyklingowi. Procesy te mogą przynieść korzyści gospodarce każdego kraju jeśli zostanie zbudowana odpowiednia infrastruktura i ustawodawstwo do recyklingu modułów PV. Jest to niezbędne, aby zarządzać dużymi ich ilościami, które będą utylizowane w najbliższej przyszłości.

Raport Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej (IRENA) szacuje, że wartość odzyskanych surowców z paneli słonecznych może wzrosnąć łącznie do 450 mln USD do 2030 r. Odpowiada to ilości surowców potrzebnych obecnie do wyprodukowania około 60 mln nowych modułów PV lub 18 GW mocy wytwórczej. Do 2050 roku wartość odzyskiwanych materiałów może łącznie przekroczyć 15 miliardów dolarów, co odpowiada 2 miliardom modułów, czyli 630 GW. Przewiduje się, że wzrost liczby modułów PV na całym świecie będzie napędzał rynek ich recyklingu w ciągu najbliższych 10 do 20 lat [2].

Recykling modułów PV może zatem stworzy

nie tylko więcej zielonych miejsc pracy. Jednostki wyspecjalizowane w recyklingu PV stworzą nowe możliwości zatrudnienia w sektorze publicznym i prywatnym. Sprawne zarządzanie odpadami fotowoltaicznymi może generować dodatkowe zatrudnienie, zwłaszcza w branżach napraw, przetwarzania oraz ponownego użycia i recyklingu. Branża ta będzie przynosić również odpowiednie zyski i strumień odzyskanych surowców, co umożliwi wyprodukowanie nowych modułów PV bez konieczności nadmiernego inwestowania w surowce pierwotne.

Niestety w większości krajów zużyte moduły klasyfikuje się jako odpady ogólne lub przemysłowe. Zaczyna się to powoli zmieniać i regiony poza Europą zaczynają prace nad wdrążeniem odpowiednich regulacji zbliżonych do europejskich. Odpady w postaci modułów PV to nowe wyzwanie dla wielu gospodarek. Będą się z nim musiały mierzyć przede wszystkim kraje, które intensywnie inwestują w ten model pozyskiwania energii np. Chiny, USA czy Japonia, czy Indie.

Źródła

  1. www.futurebridge.com/industry/perspectives-energy/the-future-of-solar-panel-recycling-a-circular-economy-insight/

  2. www.irena.org/documentdownloads/publications/irena_ieapvps_end-of-life_solar_pv_panels_2016.pdf

  3. https://ec.europa.eu/environment/topics/waste-and-recycling/waste-electrical-and-electronic-equipment-weee_en

  4. www.veolia.com/en/solution/recycling-photovoltaic-panels-technology-unique-france

  5. www.youtube.com/watch?v=1xbW8ucNX48

  6. www.pv-magazine.com/2020/05/27/solar-panel-recycling-turning-ticking-time-bombs-into-opportunities

  7. https://doradcyenergetyczni.com.pl/ile-kosztuje-recykling-paneli-fotowoltaicznych/

  8. www.zmienimyswiat.pl/2020/02/27/czy-zuzyte-moduly-fotowoltaiczne-zasmieca-swiat-recykling-znow-ratunkiem

Ekspert ds OZE - dr inż. Adam Mroziński
Dr inż. Adam Mroziński - naukowiec, działacz na rzecz biznesu, dydaktyk.
Dr inż. Adam Mroziński - naukowiec, wspiera rozwój relacji uczelnia-biznes, dydaktyk. Autor patentów z zakresu ekologii i OZE nagradzanych na wystawach krajowych i międzynarodowych. Wykładowca UTP w Bydgoszczy, Wydział Inżynierii Mechanicznej oraz Dyrektor Centrum Kompetencji - Interdyscyplinarnego Centrum Odnawialnych Źródeł Energii na UTP

więcej informacji o autorze
Zostań partenrem i sprzedawaj fotowoltaikę

Flixenergy.pl Zostaw nam swoje dane a zadzwonimy do Ciebie w przeciągu 24h

Nasz adres

ul. Szosa Bydgoska 60a
87-100 Toruń

Umów się na spotkanie!

Ciasteczka


Używamy plików cookies, aby ułatwić Ci korzystanie z naszego serwisu oraz do celów statystycznych. Jeśli nie blokujesz tych plików, to zgadzasz się na ich użycie oraz zapisanie w pamięci urządzenia. Pamiętaj, że możesz samodzielnie zarządzać cookies, zmieniając ustawienia przeglądarki.

Polityka Prywatności i Polityka Cookies
Akceptuj & Przeglądaj
ładowanie strony...