Słońce wschodzi nad rynkiem recyklingu paneli fotowoltaicznych [ANALIZA]

Panelom słonecznym, podobnie jak turbinom wiatrowym, często zarzuca się, że są nieekologiczne. Głównym powodem miałoby być to, że nie nadają się do recyklingu. Tymczasem istnieją już technologie ich przetwarzania, a na świecie istnieje już kilka zakładów przemysłowych recyklingujących materiały z paneli. Kolejnym powodem – pozyskiwanie surowców w krajach, gdzie prawa pracownicze mogą być nieprzestrzegane. Obawy budzi też uzależnianie się od Chin. To właśnie recykling może być odpowiedzią na te problemy. 

W 2016 r. w raporcie Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej (IRENA) szacowano, że do 2050 r. wartość materiałów możliwych do odzyskania z wyeksploatowanych paneli fotowoltaicznych sięgnie 15 mld USD. W przeliczeniu na dzisiejszą wartość dolara to prawie 20 mld. Przekładało się to wówczas na możliwość wyprodukowania kolejnych 2 miliardów paneli o łącznej mocy 630 GW ( s. 13 ). Dla porównania obecnie na świecie istnieje niecałe 1 200 GW mocy zainstalowanej w fotowoltaice. Tymczasem w USA wciąż 90 proc. urządzeń trafia na składowiska. Do 2050 r. będziemy mieć 5 mln ton odpadów rocznie. Podobnie w UE – tylko 10 proc. jest recyklingowanych, podczas gdy szacuje się, że ten wskaźnik mógłby sięgnąć 90 proc. 

Żywotność przeciętnego panelu to około 25-30 lat. Jednakże w wielu przypadkach eksploatacja już wcześniej staje się nieopłacalna. W praktyce okazuje się, że ze względu na rozwój technologiczny często bardziej opłaca się wymienić panel na nowszy już po 10-15 latach. Biorąc pod uwagę tempo wzrostu mocy zainstalowanej w energetyce słonecznej, może to oznaczać, że niedługo nadejdzie fala zdemontowanych paneli, z którymi „coś” trzeba będzie zrobić. Inwestycje w fotowoltaikę globalnie zaczęły wyraźnie rosnąć właśnie około 10-15 lat temu. Do 2030 r. zdemontujemy około 8 mln ton paneli.

Pierwsze domowe panele słoneczne dopiero zaczynają dobiegać końca swojej eksploatacji. Jak wskazują dziennikarze BBC, do tej pory zwyczajnie nie było potrzeby przetwarzania odpadów z branży energetyki słonecznej, nie powstawały więc też zakłady recyklingu, bo nie było to opłacalne. Ewentualne procesy przetwarzania skupiały się na aluminiowych ramach czy elementach skrzynek przyłączeniowych. Najwyższy czas o to kompleksowo zadbać. 

Najcenniejsze w panelach słonecznych są przede wszystkim krzem, srebro i miedź. „60 proc. wartości znajduje się w 3 proc. masy” – twierdził Nicolas Defrenne, dyrektor zarządzający firmy zajmującej się zbiórką ogniw fotowoltaicznych. W latach 2015-2022 udało im się zebrać 22 tys. ton odpadów. W zeszłym roku zrecyklingowali 84 proc. zebranych paneli. Dyrektor ma nadzieję, że w przyszłości ¾ materiałów potrzebnych do produkcji będzie pochodzić z odzysku.  

Po co ten cały recykling?

W recyklingu paneli nie chodzi tylko o ograniczanie wpływu na środowisko i oszczędność miejsca na składowiskach odpadów. To także kwestia bezpieczeństwa energetycznego i uniezależnienia się od zewnętrznych dostaw surowców. To jeden z zarzutów wobec energetyki odnawialnej – uzależnienie od paliw kopalnych zastępujemy zależnością od dopływu metali. Aby zrozumieć tę kwestię, należy wiedzieć, z czego składają się panele fotowoltaiczne. 

Obecnie około 90 proc. udziału w rynku mają panele pierwszej generacji, oparte na kryształach krzemu. Odpowiadają za 80 proc. mocy zainstalowanej w energetyce słonecznej. Takie ogniwa zawierają też przede wszystkim miedź i srebro, a także glin – w aluminiowych ramach. 

Ogniwa drugiej generacji, cienkowarstwowe (ang. thin film) mogą zawierać metale rzadkie, w tym cynę, tellur, antymon, kadm, gal czy ind, ale nie ziem rzadkich. Metale ziem rzadkich to ściśle zdefiniowana grupa 17 pierwiastków chemicznych. Należą do nich wszystkie lantanowce oraz itr i skand. Wbrew intuicji, nie są one wcale rzadkie. W ich nazwie chodzi o to, że są one bardzo rozproszone w skorupie ziemskiej – rzadko występują w formie skoncentrowanej. Z tego powodu ich pozyskanie jest trudne, wymaga przetworzenia dużej ilości rud i skomplikowanych procesów chemicznych, często toksycznych, dlatego poświęca im się tak dużo uwagi w kontekście transformacji energetycznej. 70 proc. światowych rezerw, czyli zasobów opłacalnych do wydobycia, znajduje się w Chinach, stąd obawy o ich dostawy. Sporą część ma też Rosja. Podobnie jest, jeśli chodzi o cynę oraz antymon. W produkcji telluru, kadmu, galu i indu także przeważają Chiny. 

Daje to nieciekawy obraz – surowce te często pochodzą z krajów niedemokratycznych, gdzie prawa człowieka i prawa pracownicze mogą nie być przestrzegane. Jeśli chcemy uwolnić technologię od tego brzemienia oraz nie popaść w uzależnienie od Chin to właśnie odzysk tych materiałów powinien być kluczowy.  

Trzecia generacja to ogniwa dopiero w fazie eksperymentalnej, a spektrum rozwijanych technologii jest bardzo szerokie. Do czwartej należą ogniwa hybrydowe Do ich stosowania na dużą skalę jeszcze daleka droga, trudno więc na ten moment mówić o komercyjnych technologiach ich recyklingu. Zgodnie z koncepcją gospodarki obiegu zamkniętego możliwości odzysku materiałów powinny być uwzględnione już na etapie projektowania produktów. 

Skupmy się na surowcach stosowanych w klasycznych panelach fotowoltaicznych. W tym przypadku problemem może być srebro. Nie chodzi o jego pochodzenie, ale o ilość , jaką dysponujemy. Jak powiedział Nicolas Defrenne, może okazać się, że srebro stanie się wąskim gardłem branży energetyki słonecznej. O ile nie zmienimy technologii produkcji. Albo nie weźmiemy się za recykling na poważnie. 

Czy ktoś to już robi?

Ze względu na trudność rozdzielenia poszczególnych elementów modułu fotowoltaicznego obecnie przetwarza się ramę aluminiową, plastikową skrzynkę przyłączeniową i część szkła. To materiały stosunkowo proste w recyklingu, a technologie są już rozwinięte, chociaż szkło często przeznaczane jest na stłuczkę szklaną. Jeśli coś jest trudne, to jest też drogie, dlatego reszta jest zazwyczaj mielona i składowana, ale metody przetwarzania pozostałych elementów są już opracowywane. Francuski start-up wyizolowuje z tego strumienia krzem, miedź i srebro w procesie nieagresywnej obróbki termicznej i chemicznej. Jednocześnie jego prezeska , Yun Luo, zwraca uwagę, że w cyklu życia panelu powstaje jeszcze jeden strumień odpadów. W procesie produkcji, gdy krzem jest cięty na plastry, tracone jest około 40 proc. materiału. Jej organizacja opracowała już technologię regeneracji tego strumienia. Po oczyszczeniu jest takiej jakości, że może być ponownie włączony do procesu produkcyjnego. Firma szacuje, że do 2050 r. jej zakłady mogą odzyskać 300 000 ton ultraczystego krzemu. 

Nicolas Defrenne, którego firma współpracuje ze start-upem i wykorzystuje powyższą technologię mówi, twierdzi, że ma ona „sens ekonomiczny i środowiskowy. Jest również konieczna, ponieważ panele słoneczne będą nadal produkowane. A jeśli nie rozwiniemy gospodarki o obiegu zamkniętym w tym samym czasie, co transformacja energetyczna, żadne z tych rozwiązań nie ma sensu”. W czerwcu tego roku start-up otworzył we Francji zakład, gdzie na skalę przemysłową odzyskuje krzem, srebro i miedź, a także szkło i aluminium. Partnerzy podają, że udaje im się uzyskać średni stopień odzysku krzemowego modułu fotowoltaicznego na poziomie 94 proc. Pozostała część to głównie pył pozostający w filtrach po rozdrobnieniu. 

Nie jest to jedyny taki zakład w Europie. Pierwszą fabrykę przetwarzającą panele otwarto w 2018 r., również we Francji. „Pierwsze starzejące się panele fotowoltaiczne (…) dopiero teraz zaczynają być zdejmowane z dachów i elektrowni słonecznych w ilościach wystarczająco stabilnych i znaczących, aby uzasadnić budowę dedykowanego zakładu” – powiedział wówczas przedstawiciel firmy. Podobne zakłady powstały też w Kalifornii i Teksasie w USA. Zajmuje się on nie tylko recyklingiem materiałowym, ale też odnawia wyeksploatowane panele, które sprzedaje do ponownego użytku. Ponowne wykorzystanie jest najprostszym i najtańszym sposobem zagospodarowania zużytych ogniw. W USA intensywnie rozwijają się kolejne firmy. Jedna z nich przetwarza ogniwa kadmowo-tellurowe drugiej generacji, odzyskując z nich te cenne metale, oprócz szkła i miedzi.  

Czy to się opłaci?

Brytyjska firma zajmująca się badaniem rynku szacuje , że globalny rynek osiągnął wartość 138 mln USD w 2022 r. i szybko rośnie. Jak przewiduje Jack Groppo, profesor inżynierii górniczej na Uniwersytecie Kentucky, za 20 lat będziemy wydobywać panele ze składowisk, aby odzyskać cenne materiały ze złomowanych urządzeń. 

Wraz z rozwojem technologii i zakładów recyklingu paneli należy także zbadać wpływ procesów przetwarzania na środowisko. Dopiero taka pełna ocena określi, w jakim stopniu energetyka słoneczna pozwala zredukować emisje gazów cieplarnianych. Amerykańska firma szacuje , że odzysk materiałów z jednego panelu pozwala zapobiec emisji ponad 40 kg CO2, które powstałoby podczas pozyskania nowych surowców. 

Ponadto ze względu na niepewne ceny surowców i opracowywanie nowych technologii słonecznych stopień opłacalności niektórych projektów może stać pod znakiem zapytania. Jednakże Marius Mordal Bakke, starszy analityk ds. badań dostawców energii słonecznej w Rystad Energy, twierdzi , że: „w pewnym momencie w przyszłości, liczba wycofywanych z użytku paneli będzie na tyle duża, że konieczne będzie rozpoczęcie recyklingu”. Jego zdaniem „stanie się to opłacalne niezależnie od cen surowców”. Rozwój technologii zmniejszy także koszty procesu. Zaznaczył też, że rządy mogą pomóc przyspieszyć tę transformację zakazując składowania wyeksploatowanych paneli i zapewniając odpowiednie zachęty. Właściwe przepisy mogą ograniczyć dominującą pozycję Chin w globalnym łańcuchu dostaw paneli słonecznych. Zgodnie z raportem Międzynarodowej Agencji Energetyczna, ich udział obecnie przekracza 80 proc. 

Takie przepisy wprowadziła już Unia Europejska – dyrektywę w sprawie zużytego sprzętu elektrycznego i elektronicznego (WEEE). W 2018 r. zdefiniowano w niej  panele fotowoltaiczne jako urządzenia elektroniczne. 85 proc. zużytego sprzętu powinno być poddane odzyskowi, z czego przynajmniej 80 proc. materiałów musi zostać przygotowane do ponownego użycia i poddane recyklingowi ( s. 27-28 ).