Silizium ausgedienter Solarmodule wird zu Nanosilizium für Batterien
Ein Forscherteam des Deakin’s Institute for Frontier Materials in Melbourne, Australien hat – einer Medienmitteilung ihres Hauses vom 14.10.2019 folgend – einen Weg gefunden, Silizium aus Abfall-PV-Modulen zu extrahieren und für Batterien in Nanosilizium umzuwandeln. Dieser Prozess sei ein wichtiger Schlüssel für das Photovoltaik-Recycling. Die Materialwissenschaftler Mokhles Rahman und Prof. Ying (Ian) Chen haben bei der Untersuchung Pionierarbeit geleistet, sie sagen, es sei der Schlüssel zur Wiederverwendung von verworfenen Solarzellen und verhindere, dass hochwertige Abfälle auf Deponien landen.
Silizium – zwei Formen – Foto © Donna Squire, Deakin University
Die durchschnittliche Lebensdauer eines Solarmoduls liegt nach Angaben der Forscher zwischen 15 und 25 Jahren. Der Großteil besteht aus Glas, Metall und Kunststoffen, ein kleiner Teil aus Silizium. „Obwohl Siliziumhalbleiter nur einen relativ kleinen Teil der Solarzellen ausmachen, ist der Wert des Materials extrem hoch. Wissenschaftler haben nach Wegen gesucht, das Silizium für einige Zeit wiederzuverwenden, und wir glauben, dass dies das fehlende Teil des Puzzles ist“, so Rahman. Batterietaugliches Nanosilizium wird für mehr als 40.000 Euro pro Kilo verkauft.
Die Modellierung zeigt, dass bis 2050 ohne Silizium-Recyclingprozess rund ein Punkt fünf Millionen Tonnen Solarzellenabfälle auf der Deponie liegen werden – das entspricht rund 100.000 Kleinwagen. „Siliziumzellen sind die wichtigste Komponente eines Solarmoduls, das die Energie der Sonne in Elektronen umwandelt. Sie sind ein hochwertiges Material, ein chemisches Element, und viel zu wertvoll, um als Abfall zu enden, weshalb dieser Fund von Bedeutung ist“, sagte Professor Chen. „Wir können nicht behaupten, dass Solarmodule im Sinne der Kreislaufwirtschaft recycelbar sind, bis Wissenschaftler einen Weg finden, ihre wertvollsten Komponenten zu ernten und wiederzuverwenden.“
Aus wiederverwendetem Silizium kann man hochenergetische Anoden erzeugen, die Transporter, die Elektronen in einer Batterie bewegen, wobei viele Automobilunternehmen und Batteriehersteller das Material bereits für die zukünftige Verwendung horten, da der globale Appetit auf fortschrittliche Lithium-Ionen-Batterien zunimmt.
„Überraschenderweise scheint das zurückgewonnene Silizium genauso zu funktionieren wie handelsübliches Silizium. Unsere Voruntersuchung bestätigt das Konzept der Demontage von Photovoltaikmodulen auf Siliziumbasis und der Umnutzung des vorhandenen Siliziums in Nanosilizium für die Batterieindustrie, wodurch ein enormes Potenzial als alternative Quelle für den Sektor geschaffen wird, so Rahman. „Unsere Entdeckung befasst sich mit mehreren wichtigen Herausforderungen, denen sich die Industrien gegenübersehen, die von Batterien und Energiespeichern abhängig sind.
„Erstens wollen wir nicht, dass ein so außergewöhnlich hochwertiges Gut mit weitreichenden Anwendungen verschwendet wird. Zweitens, da die Mobilität künftig batteriebetrieben ist, wächst der Druck, Wege zur Erhöhung der Batteriekapazität zu finden. Ein Teil des Silizium-Wiederverwendungsprozesses besteht darin, das batterietaugliche Silizium zu verkleinern, so dass ein Nanosilizium übrig bleibt, das etwa zehnmal mehr Energie auf dem gleichen Raum speichern kann. Entsprechend nennt es Rahman den „heiligen Gral der Wiederverwendung – ein Produkt, das eigentlich Abfall ist, zu recyceln und dabei am Ende noch wertvoller zu machen.“
Die Deakin University, 1974 gegründet und nach Alfred Deakin, im 19. Jahrhundert dreimaliger Premierminister Australiens benannt, ist eine mehrfach ausgezeichnete Universität in Melbourne im australischen Bundesstaat Victoria. An der Deakin-Universität studieren circa 34.000 Studenten, davon 11.500 in berufsbegleitenden Programmen oder im Fernstudium. Etwa 6.000 internationale Studenten sind eingeschrieben.