Polscy naukowcy odzyskują krzem z modułów PV
Na Politechnice Gdańskiej naukowcy potrafią odzyskać czysty krzem ze zużytych modułów fotowoltaicznych. Dotychczas odbywało się to jednak tylko w warunkach laboratoryjnych. Teraz chcą sprawdzić, czy ich technologię można wdrożyć na skalę przemysłową.
Opracowany na Politechnice Gdańskiej (PG) sposób odzyskiwania krzemu z modułów fotowoltaicznych pozwoliłby na ograniczenie zużycia materiałów kluczowych nie tylko dla fotowoltaiki, ale całej elektroniki, a także na zmniejszenie ilości odpadów.
Gdańska uczelnia prowadzi projekt finansowany z programu Ventus. Badacze zamierzają przeprowadzić prace przedwdrożeniowe, których celem jest uruchomienie przemysłowego procesu recyklingu modułów fotowoltaicznych wytworzonych na bazie mono- i polikrystalicznych ogniw krzemowych pozyskanych z wyeksploatowanych lub uszkodzonych modułów.
Recykling z patentem
Naukowcy będą bazować na sposobie recyklingu modułów PV opracowanym w ubiegłych latach na Wydziale Chemicznym PG. Metoda została opatentowana w 2014 roku, a pod koniec ubiegłego roku uczelnia udzieliła licencji wyłącznej do korzystania z wynalazku firmie, która jest partnerem przemysłowym w projekcie.
– Opracowaliśmy chroniony patentem sposób wydobywania ogniwa krzemowego z modułu, tak aby w procesie odzysku pozostał krzem o czystości 99,99 proc. i można było go ponownie wykorzystać w produkcji ogniw PV – mówi prof. Ewa Klugmann-Radziemska, kierownik projektu i dyrektor Szkoły Doktorskiej Wdrożeniowej Politechniki Gdańskiej.
.gif)
– Nasza technologia jest wyjątkowa, jeśli chodzi o odzysk czystego krzemu, i nie ma obecnie w publikacjach naukowych na świecie podobnych rozwiązań, choć wiemy, że przemysł za granicą prowadzi działania w tym zakresie. W Polsce, według dostępnych danych, nie istnieje natomiast żaden zakład, który zajmuje się recyklingiem modułów – wyjaśnia prof. Klugmann-Radziemska.
Podjęte teraz prace badawcze mają pomóc partnerowi przemysłowemu w określeniu, czy wdrożenie sprawdzonej w warunkach laboratoryjnych technologii będzie możliwe i opłacalne na dużą skalę.
Nie tylko krzem
Jak wyjaśniają naukowcy, moduł fotowoltaiczny składa się w uproszczeniu z aluminiowej ramy, szkła, laminatu, który ma chronić ogniwa przed działaniem czynników atmosferycznych, oraz ogniw krzemowych.
– Aby uwolnić ogniwo, trzeba oddzielić od podłoża krzemowego te warstwy, które były nanoszone w procesie technologicznym. Stosujemy tu procesy: mechaniczne (zdjęcie aluminiowej ramy), termiczne (odparowanie laminatu w procesie pirolizy) oraz chemiczne. Praca nad samym ogniwem w procesie chemicznym podzielona jest na dwa etapy: z wykorzystaniem mieszanin zasad i kwasów. Wszystkie procesy łącznie zajmują około godziny – opowiada prof. Klugmann-Radziemska.
Jeżeli nie uda się odzyskać całego tzw. wafla krzemowego, naukowcy będą pracować nad jego fragmentami, które można wykorzystać w produkcji kolejnych ogniw PV. W tym celu przetopią sproszkowany krzem w piecu Czochralskiego, aby po uzyskaniu walca krystalicznego krzemu (niemal wolnego od defektów) móc wycinać wafle krzemowe do wykorzystania w przemyśle fotowoltaicznym i elektronice.
– Produkcja szkła, aluminium i krzemu wysokiej czystości, czyli materiałów używanych do produkcji modułów fotowoltaicznych, to najbardziej energochłonne technologie w produkcji przemysłowej, dlatego zastosowanie materiałów z recyklingu pozwoli znacznie ograniczyć zużycie energii pierwotnej – podkreśla kierownik projektu.
Zastosowanie rozwiązania miałoby pozwolić na recykling modułów na poziomie 90 proc. (z uwzględnieniem odzysku aluminium i szkła).
Rosną składowiska odpadów fotowoltaicznych
Okres eksploatacji modułów wynosi średnio około 25–30 lat, a pierwsze duże instalacje fotowoltaiczne w Europie pojawiły się w latach 80. XX wieku. Według firmy Rystad Energy w 2040 roku ilość odpadów z fotowoltaiki wzrośnie do 27 mln ton rocznie. Rosnące składowiska odpadów PV wymagają pilnych działań ukierunkowanych na recykling materiałów.
– Niezbędna będzie dokładna identyfikacja materiałów użytych w produkcji modułów, w tym określenie, jakie tworzywa czy metale zostały użyte – mówi prof. Klugmann-Radziemska.
Naukowcy z PG oprócz identyfikacji składów modułów i badań w zakresie ich przygotowania do delaminacji zamierzają przeanalizować także wydajność mieszanin użytych w procesach chemicznych, emisje do atmosfery oraz aspekty związane z odpornością maszyn na działanie zastosowanych mieszanin.
Wyniki badań mają stanowić wytyczne do biznesplanu i linii technologicznej dla firmy wdrażającej.
redakcja@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.
