Wenn Millionen von Solarmodulen altern, hoffen Recycler, davon zu profitieren

In Odessa, Texas, entladen Arbeiter eines Start-ups namens SolarCycle Lastwagen mit ausgedienten Solarmodulen, die frisch von kommerziellen Solarparks in den Vereinigten Staaten gepflückt wurden. Sie trennen die Paneele von den Aluminiumrahmen und Elektrokästen und führen sie dann Maschinen zu, die das Glas von den laminierten Materialien trennen, die seit etwa einem Vierteljahrhundert dazu beitragen, Strom aus Sonnenlicht zu erzeugen.

Die Paneele werden dann gemahlen, zerkleinert und einem proprietären Verfahren unterzogen, das die wertvollen Materialien, hauptsächlich Silber, Kupfer und kristallines Silizium, extrahiert. Diese Komponenten werden ebenso verkauft wie minderwertiges Aluminium und Glas, die möglicherweise sogar in der nächsten Generation von Solarmodulen landen.

Dieser Prozess bietet einen Einblick in das, was passieren könnte, wenn ein erwarteter Anstieg ausgedienter Solarmodule eine Industrie verlässt, die die am schnellsten wachsende Energiequelle in den USA darstellt. Heute haben etwa 90 Prozent der Module in den USA ihre Effizienz verloren. aufgrund von Alter oder Defekt landen sie auf der Mülldeponie, weil diese Option einen Bruchteil des Recyclings kostet.

Befürworter des Recyclings in den USA sagen jedoch, dass eine verstärkte Wiederverwendung wertvoller Materialien wie Silber und Kupfer dazu beitragen würde, die Kreislaufwirtschaft voranzutreiben, in der Abfall und Umweltverschmutzung durch die ständige Wiederverwendung von Materialien reduziert werden. Laut einem Bericht des National Renewable Energy Laboratory (NREL) aus dem Jahr 2021 könnte das Recycling von PV-Modulen auch das Risiko verringern, dass Deponien Giftstoffe in die Umwelt abgeben; Erhöhung der Stabilität einer Lieferkette, die stark auf Importe aus Südostasien angewiesen ist; Reduzierung der Rohstoffkosten für Solar- und andere Hersteller; und die Marktchancen für US-Recycler erweitern.

Natürlich ist die Wiederverwendung von degradierten, aber noch funktionsfähigen Panels eine noch bessere Option. Millionen dieser Paneele landen nun in Entwicklungsländern, während andere näher an der Heimat wiederverwendet werden. Beispielsweise baut SolarCycle für seine Fabrik in Texas ein Kraftwerk, das generalüberholte Module verwenden wird.

Die Aussicht auf eine zukünftige Flut von abgelaufenen Modulen treibt die Bemühungen einer Handvoll Solarrecycler voran, ein Missverhältnis zwischen dem derzeitigen Aufbau erneuerbarer Energiekapazitäten durch Versorgungsunternehmen, Städte und Privatunternehmen zu beheben (Millionen von Modulen werden jedes Jahr weltweit installiert). und ein Mangel an Einrichtungen, die dieses Material sicher handhaben können, wenn es das Ende seiner Nutzungsdauer erreicht, in etwa 25 bis 30 Jahren.

Laut dem jüngsten Quartalsbericht der Solar Energy Industries Association und des Beratungsunternehmens Wood Mackenzie wird die Solarkapazität in allen Segmenten der USA von 2023 bis 2027 voraussichtlich um durchschnittlich 21 Prozent jährlich wachsen. Der erwartete Anstieg wird durch das wegweisende Inflationsminderungsgesetz von 2022 unterstützt, das neben anderen erneuerbaren Energien eine Steuergutschrift von 30 Prozent für Solaranlagen in Wohngebieten vorsieht.

Die Fläche, die von Solarmodulen bedeckt ist, die ab 2021 in den USA installiert wurden und bis 2030 entfernt werden, würde laut einer NREL-Schätzung etwa 3.000 American-Football-Felder bedecken. “Es ist ein gutes Stück Verschwendung”, sagte Taylor Curtis, ein Rechts- und Regulierungsanalyst im Labor. Aber die Recyclingquote der Branche von weniger als 10 Prozent bleibt weit hinter den guten Wachstumsprognosen der Branche zurück.

Jesse Simons, Mitbegründer von SolarCycle, das etwa 30 Mitarbeiter beschäftigt und im vergangenen Dezember seinen Betrieb aufnahm, sagte, dass Deponien für feste Abfälle normalerweise 1 bis 2 US-Dollar für die Annahme eines Solarmoduls verlangen und auf etwa 5 US-Dollar steigen, wenn das Material als gefährlicher Abfall gilt. Im Gegensatz dazu berechnet sein Unternehmen 18 US-Dollar pro Panel. Kunden sind bereit, diese Gebühr zu zahlen, weil sie möglicherweise keine Deponie finden können, die für die Annahme gefährlicher Abfälle zugelassen ist, und die rechtliche Verantwortung dafür übernehmen, und weil sie die Umweltauswirkungen ihrer alten Module minimieren möchten, sagte Simons, ein ehemaliger Geschäftsführer von der Sierra-Club. .

SolarCycle stellt seinen Kunden eine Umweltanalyse zur Verfügung, die die Vorteile des Modulrecyclings aufzeigt. Beispielsweise verbraucht das Aluminiumrecycling 95 Prozent weniger Energie als die Herstellung von neuem Aluminium, bei der die Kosten für die Gewinnung des Rohstoffs Bauxit und den anschließenden Transport und die Veredelung übernommen werden .

Das Unternehmen schätzt, dass durch das Recycling jeder Platte 97 Pfund CO2-Emissionen vermieden werden; die Zahl steigt auf über 1,5 Tonnen CO2, wenn ein Panel wiederverwendet wird. Gemäß einer vorgeschlagenen Regel der Securities and Exchange Commission müssen börsennotierte Unternehmen klimabezogene Risiken offenlegen, die wahrscheinlich erhebliche Auswirkungen auf ihr Geschäft haben, einschließlich ihrer Treibhausgasemissionen.

Das von den Solarmodulen im SolarCycle-Werk getrennte Aluminium wird in einem nahe gelegenen Metallhof verkauft. Das Glas wird derzeit für nur wenige Cent pro Modul verkauft, um es in Waren wie Flaschen wiederzuverwenden, aber Simons hofft, irgendwann genug zu haben, um es zu einem höheren Preis an einen Hersteller neuer Solarpanelplatten zu verkaufen.

Auch kristallines Silizium, das als Grundmaterial in Solarzellen verwendet wird, sei es wert, wiedergewonnen zu werden, sagte er. Obwohl es für den Einsatz in zukünftigen Panels perfektioniert werden muss, vermeidet sein Einsatz die Umweltauswirkungen des Abbaus und der Verarbeitung von Neusilizium.

SolarCycle ist eines von fünf Unternehmen in den Vereinigten Staaten, die von SEIA als in der Lage aufgeführt sind, Recyclingdienste anzubieten. Laut der US-Umweltschutzbehörde steckt die Branche noch in den Kinderschuhen und überlegt noch, wie man mit der Rückgewinnung und dem anschließenden Verkauf von Panel-Komponenten Geld verdienen kann. „Elemente dieses Recyclingprozesses sind in den Vereinigten Staaten zu finden, aber es findet noch nicht in großem Umfang statt“, sagte die EPA in einem Branchenüberblick.

Im Jahr 2016 prognostizierte die International Renewable Energy Agency (IRENA), dass bis Anfang der 2030er Jahre die weltweite Menge an außer Betrieb befindlichen PV-Modulen 4 Prozent der Anzahl der installierten Module entsprechen wird. Bis in die 2050er Jahre wird die Menge an Solarmodulabfällen auf mindestens 5 Millionen Tonnen pro Jahr ansteigen, sagte die Agentur. China, der weltweit größte Produzent von Solarenergie, wird voraussichtlich bis 2050 insgesamt mindestens 13,5 Millionen Tonnen Solarmodule vom Markt genommen haben, die bei weitem größte Menge unter den großen Solar produzierenden Nationen, und fast das Doppelte des Volumens dass die USA sich zurückziehen. damals laut IRENA-Bericht.

Technisch gewinnbare Rohstoffe aus PV-Modulen weltweit könnten dem Bericht zufolge bis 2030 einen kumulierten Wert von 450 Millionen US-Dollar (in 2016) haben, was in etwa den Kosten der Rohstoffe entspricht, die für die Herstellung von etwa 60 Millionen neuen Modulen oder 18 Gigawatt benötigt werden von Energie. Erzeugungskapazität Bis 2050, so der Bericht, könnte der erzielbare Wert insgesamt 15 Milliarden US-Dollar übersteigen.

Derzeit stehen Solarrecycler jedoch vor erheblichen wirtschaftlichen, technologischen und regulatorischen Herausforderungen. Ein Teil des Problems, sagt Curtis vom NREL, ist ein Mangel an Daten zu den Recyclingquoten von Modulen, was mögliche politische Reaktionen behindert, die Solarparkbetreibern mehr Anreize bieten könnten, Module am Ende ihrer Nutzungsdauer zu recyceln, anstatt sie wegzuwerfen.

Ein weiteres Problem ist, dass das Toxizitätsprofil-Auslaugungsverfahren, eine von der EPA zugelassene Methode zur Bestimmung, ob ein Produkt oder Material gefährliche Elemente enthält, die in die Umwelt gelangen könnten, bekanntermaßen fehlerhaft ist . Infolgedessen „verwalten“ einige Besitzer von Solarparks ihre Module als gefährlich, ohne eine formelle Bestimmung über gefährliche Abfälle vorzunehmen, sagte Curtis. Am Ende zahlen sie mehr, um sie auf Deponien zu entsorgen, die für die Behandlung gefährlicher Abfälle zugelassen sind, oder um sie zu recyceln.

Die Internationale Energieagentur hat bewertet, ob Solarmodule, die Blei, Cadmium und Selen enthalten, die menschliche Gesundheit beeinträchtigen würden, wenn sie auf kommunalen oder Sondermülldeponien entsorgt würden, und festgestellt, dass das Risiko gering ist. Dennoch, so die Agentur in einem Bericht aus dem Jahr 2020, stellten ihre Ergebnisse keine Billigung der Deponie dar: Recycling würde Umweltbedenken „weiter mindern“.

NREL untersucht derzeit ein alternatives Verfahren, um festzustellen, ob die Platten gefährlich sind oder nicht. “Wir müssen das herausfinden, weil es sicherlich die Haftung und die Kosten beeinflusst, um das Recycling wettbewerbsfähiger zu machen”, sagte Curtis.

Trotz dieser Unsicherheiten haben vier Bundesstaaten kürzlich Gesetze erlassen, die sich mit dem Recycling von PV-Modulen befassen. Kalifornien, das die meisten Solaranlagen hat, erlaubt die Deponierung von Modulen auf Deponien, aber erst, nachdem sie von einem ausgewiesenen Labor als ungefährlich bestätigt wurden, was mehr als 1.500 US-Dollar kosten kann. Ab Juli 2022 gab es in Kalifornien nur eine Recyclinganlage, die Sonnenkollektoren akzeptierte.

Im Bundesstaat Washington soll im Juli 2025 ein Gesetz zur umweltgerechten Wiederverwertung von Solarmodulen umgesetzt werden; Beamte aus New Jersey erwarten, in diesem Frühjahr einen Bericht über PV-Abfallmanagement herauszugeben; und North Carolina hat staatliche Umweltbeamte angewiesen, die Stilllegung von Solarprojekten im Versorgungsmaßstab zu untersuchen. (North Carolina verlangt derzeit, dass Solarmodule als Sondermüll entsorgt werden, wenn sie Schwermetalle wie Silber oder, im Falle älterer Module, sechswertiges Chrom, Blei, Cadmium und Arsen enthalten.)

In der Europäischen Union werden ausgediente Photovoltaikmodule seit 2012 gemäß der EU-Richtlinie über Elektro- und Elektronik-Altgeräte (WEEE) als Elektroschrott behandelt. Die Richtlinie verlangt von allen Mitgliedsstaaten, Mindeststandards zu erfüllen, aber die tatsächliche Recyclingquote von Elektroschrott variiert von Land zu Land, sagte Marius Mordal Bakke, Senior Analyst für Solarlieferantenforschung bei Rystad Energy, einem Forschungsunternehmen mit Sitz in Oslo, Norwegen. . Trotz dieses Gesetzes ist die PV-Recyclingrate der EU nicht besser als die US-Rate, etwa 10 Prozent, hauptsächlich aufgrund der Schwierigkeit, wertvolle Materialien aus den Modulen zu extrahieren, sagte Bakke.

Aber er prognostizierte, dass das Recycling häufiger werden wird, wenn die Zahl der ausgedienten Paneele so weit ansteigt, dass es eine Geschäftsmöglichkeit darstellt und Recyclern wertvolle Materialien liefert, die sie verkaufen können. Regierungen können diesen Übergang beschleunigen, fügte er hinzu, indem sie die Entsorgung von PV-Modulen auf Mülldeponien verbieten und jedem, der Solarmodule nutzt, Anreize wie Steuervergünstigungen bieten.

„Irgendwann in der Zukunft werden Sie sehen, dass so viele Panels ausgemustert werden, dass Sie mit dem Recycling beginnen müssen“, sagte Bakke. “Es wird unabhängig von den Rohstoffpreisen von sich aus profitabel sein.”