Auf dem Weg zu nachhaltiger Photovoltaik-Industrie
Heutzutage und in den kommenden Jahren basiert die Photovoltaik (PV) auf Silizium (Si), und so wird es auch bleiben. Silizium ist das zweithäufigste Element der Erde. Es muss allerdings stark gereinigt werden, um den photovoltaischen Effekt zu erzielen. Das erfordert überaus energieintensive Verfahren und kostenschwere Industrieanlagen. So machen die Materialkosten bis zu 20% der Gesamtkosten eines PV-Moduls aus, und die Investitionen ins Material Silizium 45% der gesamten Investitionsausgaben, die für den Aufbau einer vollständigen Wertschöpfungskette bei der Produktion von PV-Modulen notwendig sind. So die Erläuterungen auf der Internetseite der jungen französischen PV-Recyclingfirma ROSI Solar.
PV-Park bei Neustrelitz – Foto © Veronika Neukum, Agentur Zukunft, für Solarify
Außerdem wird für die Produktion von Silizium dieser Qualität sehr viel Energie verbraucht und es werden dabei bedeutende Mengen an Treibhausgasen freigesetzt. Der Energiebedarf für die Herstellung von 1 kg Silizium beträgt im Durchschnitt 80 kWh. Das ist mehr als für die Produktion von Stahl oder Aluminium benötigt wird und etwa gleich viel wie für die Produktion von Magnesium oder Titan. Für jedes Kilogramm neu gefertigten Solarsiliziums (PV-Si) werden 50 kg CO2 in die Atmosphäre ausgestoßen, von den genannten Metallen der höchste Wert. Mit anderen Worten: Für jedes MW an neu produzierten PV-Modulen werden ganze 200 Tonnen CO2 freigesetzt.
In Anbetracht der Zielsetzungen zum Ausbau der Produktionsleistungen von Solarstrom in den kommenden Jahren ist es dringend, ja unabdingbar, über verlässliche Technologien zu verfügen, bei welchen die durch die Produktion von PV-Modulen verursachten CO2-Emissionen reduziert werden. Solche Technologien, die es ermöglichen, das Vorhaben einer verantwortungsvollen Produktion von photovoltaischen Modulen in die Tat umzusetzen, entwickelt ROSI Solar.
Recycling von Photovoltaik-Modulen
Die Photovoltaikindustrie befindet sich noch in der Entwicklung. Eine entscheidende Phase im Lebenszyklus von Photovoltaikmodulen ist noch nicht richtig geregelt, und zwar die Nachlaufphase der PV-Module. Diese haben eine Produktlebenszeit von schätzungsweise 20 bis 25 Jahren. Dazu muss jedes Jahr eine Reihe von defekten Paneelen ersetzt werden. Also wird die Menge der Paneele, die in den kommenden Jahren das Ende ihrer Lebenszeit erreichen, aufgrund der Neuinstallationen der vergangenen zwei Jahrzehnte exponentiell ansteigen.
Aktuell werden Solarpaneele in Europa über ein System eingesammelt, das von Herstellern und Importeuren derselben finanziert wird. In manchen Ländern wurden bereits Pilotanlagen errichtet, welche sich aber hauptsächlich damit begnügen, den Aluminiumrahmen, die kupferhaltige Verbindungsdose, und eventuell das Schutzglas wieder zu verwerten. Bisher ist es noch niemandem gelungen, den Wert der in den Modulen eingekapselten Stoffe voll auszuschöpfen. Die größte technische Herausforderung besteht in der sauberen Trennung dieser verschiedenen Materialien, von denen jedes einen hohen Reinheitsgrad und damit einen entsprechenden Wiederverkaufswert zur Finanzierung des Recyclings hat.
Die von ROSI Solar entwickelten Technologien sorgen nach eigenen Angaben für eine genaue Trennung der verschiedenen Materialien, die in den Photovoltaikmodulen am Ende ihrer Produktlebenszeit vorhanden sind. Sie ermöglichen damit die Wiedergewinnung hochreinen Siliziums aus den Solarzellen ebenso wie des Silbers aus den Drähten, die zur Sammlung des von jeder Zelle erzeugten Stroms verwendet werden. Außerdem basieren die angewendeten Verfahren auf physikalischen, thermischen und sanft chemischen Phänomenen. Es wird keine aggressive Chemie eingesetzt und die Durchführungskosten sind gering. Dadurch machen die Technologien von ROSI Solar-Recyclingstellen für Photovoltaikmodule in Europa rentabel.
Das Solarsilizium, Ausgangsmaterial für die Herstellung von PV-Modulen, erleidet in einer der ersten Stufen der Produktionskette einen enormen Wertverlust. Um die Siliziumwafer zu produzieren, welche die Grundlage für die Photovoltaikzellen bilden, wird ein Siliziumblock mithilfe eines Diamantdrahtes in sehr dünne Plättchen (weniger als 200 µm) zersägt. In dieser Phase gehen mehr als 40% des Materials in Form von Silizium-Mikrospänen verloren, welche von einer Schneidflüssigkeit abgeleitet werden. Der dadurch entstandene Schlamm, das sogenannte Kerf, besteht aus sehr reinem Silizium, gilt aber derzeit als Abfallprodukt, das auf Kosten des Herstellers entsorgt werden muss.
Die von ROSI Solar entwickelten Technologien ermöglichen eine Wiederaufwertung dieses Kerfs. Einerseits erlauben unsere Verfahren die vollständige Abtrennung der feinen Siliziumpartikel von der Schneidflüssigkeit. Dadurch kann diese wieder zum Schneiden verwendet werden, anstatt behandelt und dann in die Umwelt freigesetzt zu werden. Andererseits werden die beim Zersägen entstandenen Verunreinigungen beseitigt und die Siliziumpartikel zu hochreinem Siliziumgranulat umgeformt, die dann zur Herstellung neuer Wafer wieder in die Wertschöpfungskette eingespeist werden können.
Im Jahr 2019 wurden weltweit neue Solaranlagen mit einer Gesamtkapazität von 115 GW installiert, was einen Verlust von ungefähr 200 000 Tonnen Solarsilizium im Wert von mehr als 1,5 Mrd. $ als Abfallprodukt bei der Produktion der Module zur Folge hatte. Die Technologien von ROSI Solar machen nicht nur eine erhebliche Reduktion dieser finanziellen Verluste, sondern auch eine Beschränkung der Treibhausgasemissionen aus der Rohstoffherstellung der Solarindustrie möglich.
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