Переработчики электронного лома разрабатывают стратегии для выхода на рынок все большего и большего количества фотоэлектрических модулей. | Hill120 / Шаттерсток
В некотором смысле солнечные панели сталкиваются с теми же проблемами переработки, что и старые телевизоры. Стоимость их правильной переработки очень высока, их товарная ценность ограничена, и они содержат опасные металлы. В то же время относительно небольшое количество последующих процессоров перерабатывают их, и рынок выступает против повторного использования.
«Солнечные панели — это почти новая ЭЛТ», — сказал Эй Джей Орбен, вице-президент We Recycle Solar в Аризоне, имея в виду электронно-лучевую трубку, которая содержит свинцовое стекло и используется в старых, громоздких телевизорах.
Интервью с экспертами в области электроники и переработки солнечных панелей выявили проблемы, с которыми сталкивается отрасль фотоэлектрических (PV) модулей. Фотоэлектрические (PV) модули могут храниться, выбрасываться, оставляться или незаконно выбрасываться на свалку, как и во многих случаях ЭЛТ. Дальше то же самое.
Частично для предотвращения потенциального неправильного управления сертифицированными предприятиями по переработке отходов некоммерческая организация Sustainable Electronics Recycling International (SERI) работает над добавлением солнечных панелей в свой стандарт сертификации электронных отходов R2. Около 1000 предприятий по переработке электронной продукции по всему миру прошли сертификацию стандарта R2.
В то же время все больше и больше солнечных панелей будут по-прежнему входить в стадию списания. Однако, учитывая сложность обработки и ожидаемые дополнительные правила, это открывает новые возможности для бизнеса.
«Это лишь верхушка айсберга», — сказал Джон Шегерян, соучредитель и исполнительный председатель National Electronic Processor ERI, имея в виду количество панелей, которые его компания в настоящее время перерабатывает, примерно по полуприцепу в неделю. «Это всего лишь разминка перед игрой».
По данным Министерства энергетики США, около 95% продаваемых сейчас панелей представляют собой кристаллический кремний, а фотоэлектрические элементы изготовлены из кремниевых полупроводников. Солнечные панели рассчитаны на то, чтобы противостоять этим элементам в течение десятилетий и состоят из соединенных между собой фотоэлектрических элементов, инкапсулированных в пластик и зажатых между стеклом и задней панелью. Типичная панель имеет металлический каркас (обычно алюминиевый) и внешние медные провода.
В статье о восстановлении ресурсов в прошлом году Мелисса Энн Шмид из EnergyBin, биржи оборудования для солнечной энергетики, объяснила, что панели из кристаллического кремния в основном сделаны из стекла, но также содержат пластик, алюминий, кремний и медь, а также следовые количества серебро, олово и свинец. .
Компании по переработке отходов могут легко отделить алюминиевую раму и внешнюю медную проволоку для переработки. Однако, поскольку фотоэлектрические элементы инкапсулированы в пластиковый слой этиленвинилацетата (ЭВА) и прикреплены к стеклу, требуются дополнительные процессы для восстановления серебра, меди или кремния высокой чистоты в кремниевых пластинах.
We Recycle Solar владеет крупным заводом по переработке солнечных панелей в Юме, штат Аризона. Завод расположен в городе на границе с Калифорнией, а небольшой завод — в Нью-Йорке. Компания We Recycle Solar была запущена пять лет назад и каждую неделю перерабатывает десятки тысяч солнечных панелей, используя материалы из домов, предприятий и солнечных ферм.
Орбен сказал, что компания является крупнейшим переработчиком солнечных панелей в Соединенных Штатах, хотя он отметил, что лишь несколько компаний перерабатывают все или почти все материалы солнечных панелей.
We Recycle Solar удаляет алюминиевую раму и провода и измельчает панели. Он рассказал, что измельченная смесь подвергается вторичной химической обработке, электролизу и другим процессам для разделения металла, кремния и стекла, а затем отправляется на последующие переработчики.
ERI находится во Фресно, штат Калифорния, и занимается производством солнечных панелей для Redwood Materials, новой компании, расположенной в Карсоне, штат Невада, целью которой является извлечение ценных металлов из аккумуляторов. В апреле ERI объявила о партнерстве, в рамках которого переработчик отправляет все переработанные батареи и измельченные отходы солнечных панелей в Redwood Materials. Согласно пресс-релизу ERI, в рамках соглашения Redwood инвестировала в ERI значительную сумму денег.
Шегерян сообщил, что ERI занимается исследованиями и разработками в области переработки солнечных панелей уже около трех лет. Убрав алюминиевую раму, компания ERI уменьшила размер панели реконструированного измельчителя. Ключевым этапом процесса является измельчение и отделение стекла от металлосодержащего материала, избегая при этом ненужных выбросов.
Полученные шарики металлосодержащего материала затем отправляются в Редвуд, где компания использует свою технологию для разделения таких металлов, как медь, серебро и свинец.
Еще одна компания по переработке электронных отходов, которая перерабатывает солнечные панели, — это Echo Environmental, которая управляет предприятием по переработке и повторному использованию площадью 166 000 квадратных футов в Кэрроллтоне, штат Техас, недалеко от Далласа.
Томми Макгуайр, президент Echo Environmental, сказал, что работники Echo ежегодно получают более 1 миллиона фунтов солнечных панелей от производителей и других компаний. Сначала они снимают алюминиевую раму и режут провода для переработки.
Затем Echo измельчает модуль, а затем использует процесс фрезерования, чтобы отделить часть чистого стекла, которое продается для изоляции из стекловолокна и светоотражающей краски. Оставшиеся металлосодержащие материалы смешиваются с измельченными печатными платами электронных изделий и затем отправляются на переплавку.
Уравнение утилизации усложняется тем фактом, что некоторые типы панелей считаются опасными из-за концентрации в них токсичных металлов. Департамент здравоохранения и контроля окружающей среды Южной Каролины подготовил информационный бюллетень, в котором перечислены различные типы, которые можно считать опасными, и указано, что безвредные панели можно выбрасывать на муниципальную свалку твердых отходов.
Среди типов, требующих специального обращения, тонкопленочные батареи встречаются реже, чем панели из кристаллического кремния. Компания First Solar является производителем солнечных панелей и с 2005 года реализует программу переработки для производства тонкопленочных модулей солнечных батарей из теллурида кадмия. По данным компании First Solar, процесс переработки включает измельчение и измельчение в молотковой мельнице. После этого ламинат ЭВА отделяется от чистого стекла. Кроме того, сторонние компании проводят процессы осаждения металлов для восстановления кадмия и теллура.
МакГуайр из Echo заявил, что из-за опасных металлов и дополнительных требований к утилизации Echo рекомендует своим клиентам отправлять кадмийсодержащие тонкопленочные батареи непосредственно на перерабатывающий завод First Solar в Огайо.
Он отметил, что в целом испытания 'Эха' показали, что остальные панели не являются опасными отходами. Но с ними все равно нужно обращаться осторожно.
«Типичные фотоэлектрические модули не будут иметь большого количества опасных эффектов, но, как и в случае с электронными продуктами, мы определенно не хотим, чтобы они заполонили наши свалки», — сказал МакГуайр.
Орбен из We Recycle Solar заявил, что испытания его компании показали, что в соответствии с Федеральным законом об охране и переработке ресурсов (RCRA) более двух третей панелей считаются опасными отходами из-за концентрации в них свинца или серебра. По калифорнийским стандартам примерно 90% одних и тех же панелей считаются опасными, поскольку даже если они не превышают допустимое содержание свинца или серебра, они превышают государственный лимит по меди или цинку.
По данным Агентства по охране окружающей среды США, наш завод в Юме, перерабатывающий солнечную энергию, имеет лицензию на опасные отходы, в которой указано, что здесь перерабатываются коррозийные отходы, кадмий, свинец и серебро.
Помимо рассмотрения опасных материалов, переработка солнечных панелей также сталкивается с проблемами с точки зрения экономической целесообразности.
Согласно отчету Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) и Научно-исследовательского института электроэнергетики за март 2021 года, «нынешние технологии, инфраструктура и процессы, связанные с переработкой фотоэлектрических модулей, не оптимизированы для экономически эффективной переработки дорогостоящих материалов». «В результате затраты на переработку часто компенсируются более дешевыми и доступными методами утилизации».
Орбен сказал, что стоимость обработки каждой панели We Recycle Solar достигает 25 долларов США, а стоимость обработки алюминия, меди, свинца, стекла, серебра и кремния составляет от 2 до 4 долларов США. Он сказал, что OEM-производители уже уменьшают вес и используют более дешевые металлы в новом поколении более эффективных продуктов, что является хорошей новостью с точки зрения производителей и потребителей, но не для переработчиков.
В то же время Орбен не ожидает значительного снижения затрат на переработку в будущем из-за эффекта масштаба. Многие затраты по-прежнему будут связаны с рабочей силой, и ожидается, что рабочая сила будет только дорожать.
Он отметил, что когда альтернативой является переработка опасных отходов, у производителей отходов по-прежнему существуют экономические стимулы платить за перерабатываемые панели, но когда появятся более дешевые полигоны твердых бытовых отходов, этот эффект исчезнет.
Кроме того, Орбен отметил, что не все коллекционеры понимают экономику правильного обращения с материалами, что с самого начала создавало ценовое давление.
We Recycle Solar часто получает звонки от перегрузочных станций, свалок и других переработчиков, которые принимают солнечные панели бесплатно или по низкой цене (например, 10 центов за фунт), потому что они думают, что они содержат много ценного материала.
Макгуайр из Echo Environmental добавил, что коммерческая ценность солнечных панелей в основном отражается в алюминиевой раме, а изделия из проволоки и чистого стекла также приносят определенный доход.
Процесс смешивания измельченного материала фотоэлектрических элементов Echo с измельченными отходами печатных плат, отправленными на плавильный завод, снижает стоимость смеси печатных плат на несколько центов за фунт, но эта практика также предотвращает попадание материала на свалки и позволяет перерабатывать металлы. Металлы также компенсируют спрос для флюсов с плавильных заводов, сказал он.
Шегерян из ERI отметил, что на данный момент завод его компании во Фресно является единственным заводом ERI, который занимается переработкой солнечных панелей. Но на другие предприятия ERI по всей стране каждый день поступают звонки по поводу переработки солнечных панелей.
«Возможности огромны, но сделать это правильно будет стоить много денег», - сказал Шегерян.
Солнечные панели предназначены для выработки электроэнергии в течение десятилетий, поэтому перепродажа использованных панелей может быть лучшим экономическим и экологически чистым вариантом, и такой обмен действительно происходит.
В то же время переработчики заявили, что определенные силы рынка и налоговой политики также выступают против повторного использования.
МакГуайр сказал, что у Echo есть возможность проверить выходную мощность использованных панелей, чтобы их можно было перепродать. Он сказал, что это эффективно для модулей более высокой стоимости, и отметил, что существуют международные рынки для бывших в употреблении модулей, а также единичные отечественные проекты.
Но он отметил, что панели, не прошедшие контроль качества производителя, перепродать невозможно. МакГуайр сказал, что когда подрядчики выполняют разборку и сборку и отправляют солнечные панели в Echo, обычно оказывается, что различные типы панелей не совпадают, что затрудняет поддержание единообразия запасов.
Кроме того, темпы внедрения инноваций в области панелей препятствуют перепродаже, поскольку цена новых панелей снижается по мере повышения эффективности. По данным Управления энергетической информации США, средняя стоимость фотоэлектрических модулей, поставленных в 2019 году (последний год, за который доступны данные), составила 41 цент за ватт пиковой выработки электроэнергии. Десять лет назад средний показатель составлял 2,79 доллара США за пиковый ватт.
Мы перерабатываем солнечную энергию и перепродаем солнечное оборудование. Но Орбен также сравнивает эту проблему с проблемой, с которой сталкиваются некоторые области рынка электроники. «Владеть панелью, которая еще производилась 15 лет назад, — это все равно, что владеть сегодняшним Pentium 3», — сказал Орбен.
Что еще больше сдерживает вторичный рынок, так это налоговая политика США. Макгуайр отметил, что федеральное правительство предоставляет налоговые льготы домовладельцам, которые устанавливают новые фотоэлектрические системы — к 2021 году кредит составит 26% от стоимости системы.
«Это действительно несбалансированная конкурентная среда, потому что вы не можете получить налоговые льготы на бывшие в употреблении модули», — сказал МакГуайр.
По данным Управления энергетической информации США, поставки новых панелей существенно выросли за последние 15 лет. В 2019 году поставок фотоэлектрических модулей хватило для выработки более 16 миллионов киловатт пиковой мощности, что почти в 14 раз больше, чем поставки десять лет назад.
Благодаря повышению производительности и снижению стоимости новых панелей многие из них будут выведены из эксплуатации до истечения срока их полезного использования (Шегерян из ERI сказал, что, поскольку окупаемость инвестиций настолько высока, производители электроэнергии могут заменить их через пять лет или меньше). ).
По оценкам отчета Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA) и Программы фотоэлектрических систем производства энергии (IEA-PVPS) Международного энергетического агентства, к 2050 году глобальный совокупный объем отходов фотоэлектрических панелей достигнет 60-78 миллионов тонн. Выше примерно 43 500-250 000 тонн в 2016 году.
В докладе содержится призыв к принятию таких мер, как правила по отходам фотоэлектрической промышленности. Кое-что из этого уже произошло. Например, в Европе приняты законы, которые обязывают производителей солнечных панелей финансировать сбор и переработку своей продукции.
В 2017 году штат Вашингтон стал первым штатом, принявшим закон, устанавливающий программу расширенной ответственности производителей (EPR) для солнечных панелей. С июля 2023 года закон потребует от производителей выделять средства на сбор и переработку панелей.
