В научном журнале Advanced Energy and Sustainability Research опубликована статья Assessing Photovoltaic Recycling Capacities and Policy Gaps in the EU («Оценка возможностей по переработке фотоэлектрических модулей и пробелов в политике ЕС»).
Тема зашита в названии. Речь идет о нынешних и перспективных возможностях по переработке отработанных солнечных панелей в Европейском союзе и политических мерах, необходимых для создания и работы соответствующих мощностей.
Солнечная энергетика в ЕС растет быстро, неудивительно, что и объемы модулей, достигших конца срока службы, будут расти с каждым годом. Прогнозируется, что к 2030 году годовые объёмы отходов в Европе будут составлять около 200000 тонн, а к 2050 году превысят 2,1 миллиона тонн.
Нынешние мощности по переработке фотоэлектрических панелей в ЕС составляют примерно 170000 тонн в год. Это показывает, что существует разрыв между инфраструктурой переработки и образующимися отходами, что подчеркивает настоятельную необходимость расширения мощностей.
На европейском рынке фотоэлектрических модулей преобладают модули из кристаллического кремния (c-Si), на долю которых приходится ≈95% от общей установленной мощности. Эти модули обычно состоят из стекла (70–75% по массе), алюминиевых рам (15–20%), кремниевых солнечных элементов (4–6%), задней панели и герметиков, таких как этиленвинилацетат (ЭВА, ≈5%), а также меньших, но экономически значимых фракций, в частности, серебра (0,03–0,05%), меди (≈1%) и олова.
Новые конструкции, такие как двусторонние модули или тандемные архитектуры (например, с перовскитом), которые в последние годы становятся все более распространенными, добавляют новые уровни сложности к разборке и извлечению материалов.
Сегодня материалы, извлеченные после переработки, такие как стекло, алюминий и другие, в основном используются за пределами солнечной индустрии, их качество не соответствует стандартам отрасли. Хотя в отдельных странах уже создаются «системы замкнутого цикла», позволяющие использовать восстановленной стекло в рамках индустрии.
Что касается технических аспектов переработки, необходимы дальнейшие достижения, чтобы сделать процесс экономически эффективным и повысить качество восстановленных материалов.
В теории описан «идеальный перерабатываемый солнечный элемент» – это такая ячейка, которую можно разобрать, которая не содержит токсичных или редких материалов и может быть восстановлена без больших затрат энергии. Однако, как отмечают авторы, этот идеал остается далеким от современной промышленной практики.
Приоритетное восстановление ценных материалов, таких как серебро и кремний, является ключевым фактором как для обеспечения круговой экономики, так и для экономической эффективности. Однако использование прочных герметиков и нынешние конструкции ячеек, не предполагающие их разборку, в настоящее время ограничивают эффективность существующих методов переработки. Восстановление кремния, необходимого для производства новых солнечных элементов, сопряжено со значительными технологическими трудностями из-за требований к его чистоте (чистота 6N).
Тем не менее, пилотные проекты по извлечению кремния и серебра уже реализуются.
Фотоэлектрические модули могут быть переработаны с помощью химического, механического и термического способов.
Как правило, эти методы не являются взаимоисключающими, а применяются в комбинации. Механические этапы часто используются на начальных этапах для извлечения таких материалов, как стекло и алюминий. За ними следуют термические или химические процессы (например, пиролиз, кислотное выщелачивание и химическое травление) для извлечения высокочистого кремния и важных металлов, таких как серебро.
Кроме того, инновационные технологии переработки, такие как электрохимические процессы, все чаще признаются критически важными для извлечения высокочистого кремния и драгоценных металлов из отслуживших свой срок фотоэлектрических модулей.
В соответствии с Директивой ЕС об отходах электронного и электротехнического оборудования (WEEE), целевой показатель восстановления материалов из фотоэлектрических модулей составляет минимум 85% по массе. Этот порог служит ключевым ориентиром для оценки эффективности различных процессов переработки.
Некоторые государства-члены ЕС разработали более эффективные технологии. Во Франции компания ROSI использует комбинацию пиролиза и собственных химических технологий, достигая, по сообщениям, восстановления до 99%, включая серебро и высокочистый кремний.
В таблице приведены текущие процессы переработки фотоэлектрических модулей и ключевые участники в отдельных странах-членах ЕС:
Основными поставщиками доходов из отработанных солнечных модулей на период до 2050 года в ЕС будут Германия, Франция, Испания и Италия.
Текущие мощности по переработке отходов в ЕС оцениваются примерно в 170000 тонн. Значительная их часть приходится на указанные страны – Германию (99000 тонн в год), Францию (20000 тонн в год), Италию (от 5600 до 90000 тонн в год) и Испанию (22000 тонн в год).
Несколько структурных факторов могут осложнить наращивание мощностей: 1) Географическая концентрация существующих предприятий приводит к высоким транспортным издержкам и региональным пробелам в обслуживании. 2) Медленная окупаемость инвестиций в коммерческие предприятия задерживает инвестиции в бизнес по переработке. 3) Неопределенность срока службы модулей (от 20 до 40 лет) осложняет планирование мощностей. 4) Отсутствие стандартизации в технологиях демонтажа ограничивает масштабируемость.
В работе делается вывод, что ЕС отстает от других регионов с точки зрения операционной инфраструктуры и коммерческой зрелости (рассматривались Китай, США и Австралия), хотя является лидером в разработке нормативно-правовой базы.
Фрагментированная и недостаточно развитая система переработки отходов в Европе требует сочетания ясности политики, регионального планирования мощностей и финансовых инструментов для преодоления разрыва между целями и реальной ситуацией на местах.
Авторы предлагают ряд мер, «которые, в случае их реализации, выведут ЕС на лидирующие позиции в мире» (п. 4.4). Сюда относится усиление ответственности производителей, обеспечение цифровой отслеживаемости продукции и др.
Сегодня в мире реализуется множество проектов по переработке солнечных панелей и использованию извлечённых из них вторичных материалов. Состояние дел описано в статье «Ещё раз о «токсичности» и объемах отходов из солнечных панелей».
В сентябре 2024 года китайская компания Trina Solar выпустила, по её собственному заявлению, «первый в мире полностью переработанный солнечный фотоэлектрический модуль из кристаллического кремния» (fully recycled c-Si module), то есть изготовленный исключительно из вторичных, переработанных материалов, полученных из отходов — демонтированных солнечных панелей.
В 2023 году китайская компания JinkoSolar, один из крупнейших производителей солнечных модулей в мире, сообщила о создании инновационного процесса утилизации солнечных модулей, позволяющего перерабатывать 92% материалов панели.
В феврале текущего года в США открыли очередной завод по переработке солнечных панелей мощностью 5 ГВт.
Читайте также: Китай планирует переработать 250000 тонн солнечных модулей к 2027 году.