Od lat argumenty przeciwko energii odnawialnej skupiały się na jej wysokich kosztach. Jednak gdy ceny energii wiatrowej i słonecznej gwałtownie spadły, argumenty te zmieniły się. Nagle obawy dotyczące odpadów, które pozostają po zakończeniu żywotności paneli słonecznych, stały się tak powszechne, że badacze poczuli się zmuszeni opublikować komentarz który stara się je obalić.
Część dezinformacji to czysta bzdura. Główne składniki większości paneli to krzem, aluminium i srebro, z których żaden nie stanowi poważnego zagrożenia dla środowiska. Panele słoneczne mają również przydatny okres eksploatacji liczący dekady, a większość z nich istnieje mniej niż 10 lat, więc problem odpadów jeszcze się nie pojawił. Nawet kiedy te panele się zestarzeją, dostępne są techniki recyklingu.
Być może jedyną realistyczną obawą jest to, że istniejące technologie recyklingu opierają się na kwasie azotowym i mogą wytwarzać pewne toksyczne odpady. Jednak grupa badaczy z Uniwersytetu Wuhan znalazła alternatywny sposób recyklingu, który unika produkcji toksycznych odpadów i jest bardziej energooszczędny.
Jak wspomniano wcześniej, odpady z paneli słonecznych naprawdę nie są jeszcze problemem. Autorzy artykułu opisujący nową technikę recyklingu zauważają, że pod koniec 2020 roku 18 procent używanych ogniw słonecznych zostało wyprodukowanych w tym samym roku, a tempo produkcji dramatycznie wzrosło od tamtej pory. Panele raczej nie zawodzą, a jedynie powoli tracą na wydajności do momentu, gdy instalacja nowego panelu staje się ekonomicznie uzasadniona.
Jednak liczba ogniw gotowych do recyklingu wzrośnie dramatycznie w ciągu kilku dekad i oczekuje się, że do 2050 roku będzie 80 milionów ton paneli gotowych do recyklingu rocznie. Dlatego już opracowano metody ich recyklingu. Większość wartości paneli słonecznych pochodzi ze srebra używanego do okablowania oraz krzemu o wysokiej czystości w ogniwach. Istnieje również aluminiowa rama i tylna część, szklana pokrywa z powłoką antyrefleksyjną oraz lut łączący część okablowania.
Obecne techniki rozpuszczają srebro w kwasie azotowym i używają innych kwasów do usunięcia warstwy azotku krzemu w panelu, a także niektórych mniej istotnych materiałów, takich jak lut. Techniki te prowadzą do powstawania chemikaliów, które są trudne do recyklingu lub utylizacji.
Nowa metoda, zamiast skupiać się na całkowitym rozpuszczeniu materiałów użytych do budowy panelu, opiera się na krótkim zabiegu chemicznym, który w dużej mierze rozdziela połączenia między poszczególnymi warstwami. Chociaż to powoduje pewne chemiczne produkty uboczne, większość materiału pozostaje nienaruszona i w stosunkowo czystej formie.
Proces rozpoczyna się od fizycznego usunięcia aluminiowej ramy i szklanej pokrywy, które można przetopić i ponownie użyć do produkcji. Pozostają ogniwa, które badacze demontują za pomocą stopionej mieszaniny wodorotlenku sodu i potasu, która wchodzi w reakcję chemiczną z większością składników, z którymi się styka. Działa to jako proces wytrawiania, usuwając materiał bezpośrednio na powierzchni ogniwa.
Badacze wypróbowali różne warunki, od spryskiwania mieszaniną NaOH/KOH po moczenie ogniw i różne temperatury. Ostatecznie zdecydowali się na dwusekundowe zanurzenie w mieszaninie wytrawiającej, po którym następuje krótki (jedna do dwóch minut) okres w temperaturze 200°C. Dłuższe zabiegi i podwyższone temperatury prowadziły do całkowitej reakcji niektórych warstw materiału; krótszy czas pozwalał na rozdzielenie tych warstw przy zachowaniu ich w dużej mierze nienaruszonych.
Co się dzieje z każdą warstwą? Warstwa polimeru poliwinylowego rozkłada się pod wpływem ciepła, a powstały (i niebezpieczny) gaz fluorowodorowy reaguje z wodorowęglanem sodu, tworząc fluorek sodu. Srebrne okablowanie po prostu odłącza się, gdy część krzemu, w którym jest osadzone, zostaje wytrawiona, i unosi się na wodzie. Po odzyskaniu przy użyciu prostego procesu filtracji, uzyskano srebro o czystości ponad 99 procent. Powłoka z azotku krzemu również całkowicie się odłączyła i można ją było odzyskać w dużej mierze nienaruszoną. Aluminiowa podkładka została częściowo usunięta w tym procesie, reszta została usunięta w wodnym roztworze alkalicznym, z którego można było odzyskać ją w postaci soli (glinian sodu).
Pozostał głównie czysty wafer krzemowy. Badacze szacują, że tylko około 2 procent waferu przeszło reakcje podczas procesu wytrawiania (głównie tworząc jony glinianowe). Uzyskany krzem miał czystość ponad 99,99 procent.
Oprócz głównych składników, obecne były pewne ilości cyny, ołowiu i miedzi jako kawałki lutu i okablowania. Pozostawiono je do utlenienia na powietrzu, po czym rozpuszczono w roztworze wodorotlenku sodu, który pozostawił miedziane druty. Ołów i cyna zostały następnie usunięte z roztworu przez osadzanie elektrolityczne na elektrodzie, skąd można je było odzyskać.
Mieszanka NaOH/KOH jest rozcieńczana wodą, aby zakończyć wytrawianie, i może być ponownie skoncentrowana do ponownego użycia. Główne produkty odpadowe to wyniki wytrawiania: krzemian sodu i glinian sodu. Oba są nietoksyczne i mają różne zastosowania przemysłowe.
Warto zauważyć, że mieszanka NaOH/KOH jest niezwykle niebezpieczna i reagowałaby gwałtownie z każdą tkanką ludzką, z którą miałaby kontakt. Jednak wystarczająco rozcieńczona, jest nieszkodliwa, a zarówno sód, jak i potas są niezwykle obfite. Poza środkami ostrożności, jakie należy podjąć podczas procesu, nie ma nic szczególnie problematycznego w tej metodzie recyklingu. Badacze wykazali, że działa ona na czterech różnych typach paneli słonecznych obecnie używanych, które różnią się pod względem struktury i niektórych dodatkowych materiałów.
Badacze przeprowadzili ocenę cyklu życia swojej metody i porównali ją ze standardowymi metodami recyklingu. Stwierdzili, że zastosowanie nowo opracowanej metody na kilogramie panelu zmniejsza emisję dwutlenku węgla o 14 kg i zmniejsza zużycie energii o współczynnik 220. Nadal potrzeba sporo energii do utrzymania podwyższonych temperatur potrzebnych do działania tej metody, ale jest to znacznie mniej niż energia potrzebna do przejścia od surowców do czystego krzemu, srebra i aluminium potrzebnych do produkcji paneli słonecznych.
Ogólnie rzecz biorąc, wydaje się to dużym sukcesem. Jeśli uda się to skalować i zautomatyzować, metoda powinna być gotowa na moment, kiedy lawina paneli potrzebujących recyklingu zacznie się na dobre.
Ceni wolność i niezależny punkt widzenia, co odzwierciedla się w jego stylu życia i zainteresowaniach. Pasjonat nowinek technologicznych i motoryzacji, zawsze na bieżąco z najnowszymi trendami w tych dziedzinach. Z uwagą śledzi modę męską, łącząc elegancję z nowoczesnymi rozwiązaniami. Prywatnie miłośnik innowacji, dynamicznego rozwoju i niezależnego stylu.