Kreislauf von Solarmodulen
Ein europäisches Konsortium hat einen Plan für eine emissionsarme Pilotanlage zur Rückgewinnung von kritischen und wertvollen Metallen wie Silizium, Indium, Gallium und Silber aus Solarmodulen entwickelt, schrieb Emiliano Bellini am 17.11.2021 auf pv magazine. Die Anlage soll dazu dienen, neue Materialien und neue Produkte in den Produktionskreislauf zurückzuführen. Das soll das EU-Projekt PHOTORAMA (PHOtovoltaic waste management – advanced Technologies for recOvery & recycling of secondary RAw MAterials from end of life modules), das im Rahmen des Programms Horizon2020 mit 8,4 Mio. EUR finanziert wird und an dem 13 Forschungsinstitute und Unternehmen beteiligt sind.
Siemens-Interatom-PV-Modul, fast 40 Jahre alt – Foto © Gerhard Hofmann für Solarify
Weitere Beteiligte sind ENEA und Enel Green Power (EGP) für Italien und die französische CEA (Commisariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives) als Koordinator. Zu dem europäischen Konsortium gehören auch der spanische Photovoltaik-Anlagenbauer Mondragon Assembly, das norwegische Forschungsunternehmen Sintef, der belgische Flachglasverarbeiter Maltha, das spanische Forschungsunternehmen Idener und Lux Chemtech. Das Projekt wird über das EU-Programm „Horizon 2020“ gefördert und soll bis 2024 laufen.
Massimo Izzi, Forscher am Engineering Laboratory for the Photovoltaic Industry: „Die Technologie, die wir dank dieses Projekts entwickeln werden, wird es ermöglichen, nahezu 100 % der Materialien aus den Modulen am Ende ihrer Lebensdauer mit einem nie zuvor erreichten Reinheitsgrad zurückzugewinnen. Es gibt heute weltweit kein industrielles Verfahren, das dazu in der Lage ist. Das Erreichen dieses Ziels würde der gesamten Solarindustrie helfen, einen großen Schritt über die derzeitigen Recyclingstandards hinaus zu machen und vor allem die Abhängigkeit Europas von Importen kritischer Rohstoffe zu verringern“, erklärt .
Die ENEA-Forschungsarbeiten werden sich auf die umweltgerechte Gestaltung von Photovoltaikmodulen konzentrieren, um eine Produktionstechnik zu entwickeln, mit der die Module in allen ihren Bestandteilen leicht wiederverwertet werden können. Enel Green Power wird die beste Recyclingtechnologie für Photovoltaikmodule evaluieren. Die neue Industrielinie wird eine innovative Delaminierungstechnologie verwenden, die in der Lage ist, die Solarzellen effizient von der Glasscheibe zu trennen, während innovative chemisch-physikalische Prozesse die Rückgewinnung aller Materialien ermöglichen, ohne auf die derzeitigen ineffizienten Schreddertechniken für Photovoltaikmodule zurückzugreifen, bei denen die Zellen, der wertvolle Teil des Moduls, in einer Verwertungskette mit geringem wirtschaftlichen Wert enden (sogenanntes Downcycling). Das neue technologische Verfahren wird zu einem „Upcycling“ führen, bei dem hochwertige Materialien (wie Aluminium aus dem Rahmen und Glas und Polymere aus den Platten) und Metalle aus der Solarzellenschicht (kritische wie Silizium, Indium und Gallium und wertvolle wie Silber) zurückgewonnen werden.
„Die neue Rückgewinnungs- und Recyclingtechnologie wird es ermöglichen, durch eine hohe Rückgewinnungsrate von mehr als 98 % der Photovoltaikmaterialien am Ende ihres industriellen Lebenszyklus einen relevanten wirtschaftlichen Geschäftsfall zu realisieren. Dies ist derzeit die höchste bekannte Recyclingquote weltweit“, so Izzi abschließend.
Die Internationalen Agentur für erneuerbare Energien (IRENA) prognostiziert einen Anstieg der verfügbaren Paneele von 10 Mio. t im Jahr 2030 auf 2050 auf etwa 78 Mio. t, aus denen über 2 Milliarden neue Paneele hergestellt werden könnten, was einem Umsatz von 15 Milliarden Dollar entspräche. Das Management der Zukunft von PV-Modulen kann somit zu einer Gelegenheit werden, bis 2030 ein wiedergewinnbares Komponentengeschäft von 450 Mio. t zu generieren. Außerdem wird erwartet, dass das Wachstum der Solarstromproduktion bis 2030 eine kumulative Kapazität von 2.840 GW und bis 2050 von 8.519 GW erreichen wird, was dem Achtzehnfachen der weltweiten Kapazität im Jahr 2018 entspricht. Obwohl Photovoltaikmodule eine emissionsfreie Stromerzeugung für eine Gesamtlebensdauer von etwa 25-30 Jahren bieten, ist es von entscheidender Bedeutung, zunehmend nachhaltige und umweltfreundliche Produkte zu gewährleisten, um den vom europäischen New Green Deal angestrebten grünen Wandel zu unterstützen.
Die Photorama-Arbeitspakete
- PHOTORAMA-Pilotanlage – Abfallsammlung, Demontage der Module, Qualifizierung der Pilotanlage
Das Hauptziel dieses Arbeitspakets ist der Bau, die Qualifizierung und die Demonstration einer innovativen PHOTORAMA-Pilotanlage in einer vollwertigen industriellen Umgebung, die die Struktur für die Verarbeitung viel größerer Mengen von PV-Abfällen als derzeit möglich schaffen wird. - Delaminierung: Ermöglichung eines hohen Mehrwerts durch Modultrennung
In diesem Arbeitspaket werden wir innovative und kosteneffiziente Delaminierungsanlagen sowohl für c-Si- als auch für CI(G)S-Photovoltaikmodule entwickeln und skalieren. Die Delaminierungsanlage ist der zweite Verarbeitungsschritt in der Pilotlinie, die PV-Platten/Sandwiches von der Demontageanlage als Input erhält und Glas, Polymere (Backsheet, EVA) und Zellfraktion für die weitere Verarbeitung in WP3 und WP4 vor der Wiederverwendung ausgibt. Es werden große Anstrengungen unternommen, um eine vollständige Schichtentrennung von PV-Folien/Sandwiches zu erreichen und gleichzeitig eine Kreuzkontamination der Materialien zu vermeiden, um den höchstmöglichen Mehrwert für Sekundärrohstoffe (RM) zu liefern (Reinheitsgrad). Für c-Si-PV-Paneele werden zwei komplementäre Technologien entwickelt:
(1) mechanische Delaminierung mit Hilfe eines Diamantdrahtschneideverfahrens und
(2) flüssige Delaminierung durch Anwendung von CO2 im überkritischen Zustand (SCCO2). CI(G)S-Module werden durch ein
(3) optisches Delaminierungsverfahren unter Verwendung eines Blitzlichts getrennt. - Rückgewinnung von Metallen aus c-Si und CI(G)S Abfällen
Die Aktivitäten dieses dritten Arbeitspakets werden sich auf die Entwicklung der Metallextraktion aus den Fraktionen konzentrieren, die durch die Eliminierungsaktivitäten geliefert werden. Der Schwerpunkt liegt auf der Optimierung und Validierung der innovativen Verfahren zur Extraktion mit ionischen Flüssigkeiten und zur elektrolytischen Gewinnung, um die Anlage zu entwerfen, die in die Pilotlinie zur Rückgewinnung von Ag und Si aufgenommen werden soll. Darüber hinaus wird das dritte Arbeitspaket die Rückgewinnung von In und Ga aus CI(G)S-Solarzellen sicherstellen. Ziel dieses Arbeitspakets ist es auch, die notwendige Menge an sekundärem RM (Ag, Si, In, Ga) bereitzustellen, um die Entwicklung neuer Produkte für das vierte Arbeitspaket zu beginnen. - Die PV-Industrie der Kreislaufwirtschaft unterwerfen: Wiederverwendung von recycelten Materialien als neue Produkte
Das Hauptziel dieses vierten Arbeitspakets ist es, den vollständigen Kreislaufansatz von PHOTORAMA zu demonstrieren, indem sekundäre RM-Produkte und -Komponenten wieder in die Wertschöpfungskette eingespeist werden. Um den Kreislauf zu schließen, indem Abfälle in neue Produkte umgewandelt werden, werden alle Fraktionen von PV EoL-Komponenten entweder direkt wiederverwendet oder zur Herstellung neuer PV-Paneele oder neuer Produkte für andere Branchen recycelt. Zu diesem Zweck konzentrieren wir uns auf
(1) die Charakterisierung von sekundärem RM;
(2) die Prozessentwicklung zur Herstellung neuer Komponenten/Produkte auf der Basis von sekundärem RM;
(3) die Prüfung der Komponenten/Produkte in industriell relevanter Umgebung und
(4) das Design und die Ausgabe von Komponentenspezifikationen auf der Basis von sekundärem RM (Ökodesign). - Technisch-wirtschaftliche, ökologische und soziale Bewertungen
Das Arbeitspaket 5 ist den sozialen, technisch-wirtschaftlichen und ökologischen Lebenszyklusbewertungen der PHOTORAMA-Pilotanlage gewidmet. Die Hauptziele sind
(1) die Sammlung und Bewertung von Informationen und Beiträgen von Interessengruppen/Nutzern durch eine Umfrage und Co-Creation Workshops;
(2) Definition eines technisch-wirtschaftlichen Benchmark-Szenarios, Messung des Fortschritts anhand von Benchmark- und Vorschlagsdaten,
(3) Erstellung von Leitfäden für Ökobilanzierung (LCA), Lebenszykluskosten (LCC) und Ökoeffizienz, einschließlich Benchmark-Szenarien,
(4) Bereitstellung eines Lebenszyklusinventars (LCI) für eine öffentliche Datenbank und ein Rohstoffinformationssystem (RMIS) unter sorgfältiger Berücksichtigung des Schutzes des geistigen Eigentums und der Verwertungsmöglichkeiten,
(5) Sammlung von Abfallströmen und Marktdaten, Messung des Erreichens einer verbesserten Kreislaufwirtschaft,
(6) Klassifizierung von Abfällen und Bewertung von Kriterien für das Ende von Abfällen, Kritikalität und Konfliktmaterialien für Minderungsmaßnahmen,
(7) Behandlung potenzieller REACH72-Themen, einschließlich Gesundheits- und Sicherheitsaspekten,
(8) Durchführung einer sozialen Ökobilanz mit Befragungen von Interessenvertretern und zwei Workshops, Entwicklung von Instrumenten für eine hervorragende Akzeptanz - Soziales Bewusstsein, Verbreitung und Clusterbildung
Der Zweck dieses Arbeitspakets ist die Entwicklung und Umsetzung einer Strategie für das soziale Bewusstsein und die Verbreitungsaktivitäten des Konsortiums. Das Hauptziel besteht darin, die nachhaltige Übernahme der Projektergebnisse durch die Endnutzer zu unterstützen. Die Zielgruppen werden identifiziert und es werden Wege entwickelt, sie zu erreichen. Die Rolle der Verbreitungs- und Kommunikationsaktivitäten besteht darin, die Auswirkungen von PHOTORAMA durch die Sensibilisierung der relevanten Interessengruppen und der breiten Öffentlichkeit für die Projektergebnisse zu erweitern. Die Methodik wird darin bestehen, parallel an der Verbreitung und Nutzung zu arbeiten. Es werden alle Wege untersucht, um die innovativen Technologien kurzfristig als Schlüsseltechnologien in Europa zu etablieren. - Geschäftsplan und Verwertung
Das Hauptziel besteht darin, sicherzustellen, dass die Ergebnisse von PHOTORAMA während der Projektdurchführung und darüber hinaus in großem Umfang genutzt und reproduziert werden. Spezifische Zielsetzungen:
– Identifizierung der Zielgruppen, der Geschäftsmöglichkeiten und der Verwertungsstrategie zur Aufstellung von Verwertungsplänen, zur Ermittlung von Maßnahmen, verantwortlichen Partnern und Zeitplan,
– Ermittlung der Verwaltung der Rechte an geistigem Eigentum (IPR),
– Aktualisierung von Markt- und Gesetzesdaten,
– Kostenanalyse der technischen Ergebnisse
– Bewertung der Ökoeffizienz zur Förderung eines wirtschaftlichen und umweltfreundlichen Weges nach der Hälfte der Projektlaufzeit und nach Projektende,
– Regelmäßige Aktualisierung der Geschäftsstrategie und des Plans,
– Identifizierung von Förder- und Finanzierungsmöglichkeiten zur Unterstützung der Projektreplikation. - Projektleitung
Dieses Arbeitspaket widmet sich der administrativen, finanziellen, strategischen und internen Koordinierung des Projekts in Übereinstimmung mit den H2020-Verfahren. Das Hauptziel ist die effektive Verwaltung von PHOTORAMA, um den erfolgreichen Abschluss der wissenschaftlichen und technologischen Ziele innerhalb des geplanten Zeitplans und Budgets in Übereinstimmung mit den H2020-Anforderungen zu gewährleisten.
->Quellen: