Odzyskiwanie czystego krzemu z modułów fotowoltaicznych
Naukowcy z Politechniki Gdańskiej już dziś, w warunkach laboratoryjnych, potrafią odzyskać czysty krzem ze zużytych modułów fotowoltaicznych. Teraz chcą zbadać, czy opracowaną przez nich technologię można wdrożyć na skalę przemysłową. Na tym kosztownym pierwiastku bazuje nie tylko fotowoltaika, ale i cała elektronika. Rozwiązanie z PG pozwoli na ograniczenie zużycia cennych materiałów i energii w procesach dalszej produkcji oraz ilości odpadów.
W ramach projektu finansowanego z programu VENTUS przeprowadzone zostaną prace przedwdrożeniowe, mające na celu uruchomienie przemysłowego procesu recyklingu modułów fotowoltaicznych (PV) wytworzonych na bazie mono- i polikrystalicznych ogniw krzemowych pozyskanych z wyeksploatowanych lub uszkodzonych modułów. Naukowcy będą bazować na opracowanym w ubiegłych latach w Katedrze Konwersji i Magazynowania Energii na Wydziale Chemicznym PG sposobie recyklingu modułów PV, który został opatentowany w 2014 r. Pod koniec 2021 r. Politechnika Gdańska 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% i można było go ponownie wykorzystać w produkcji ogniw PV. 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 – mówi prof. Ewa Klugmann-Radziemska, kierownik projektu i dyrektor Szkoły Doktorskiej Wdrożeniowej Politechniki Gdańskiej. – W tym projekcie będziemy prowadzić prace badawcze, które pozwolą firmie określić, czy wdrożenie naszej, dobrze sprawdzającej się w warunkach laboratoryjnych, technologii na dużą skalę będzie możliwe i opłacalne.
Czysty krzem w godzinę, cenne aluminium
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 – mówi prof. Klugmann-Radziemska.
W przypadku, gdy z różnych powodów 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.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Energetyka
Nowe moduły fotowoltaiczne od firmy Edison Energia
Grupa Edison Energia rozpoczęła produkcję własnych modułów PV – ALVA Solar Full Black. Ogniwa o wysokiej wydajności połączone z technologią wzbogaconą o domieszkę galu znacznie zmniejszają degradację modułu w czasie, gwarantując bezproblemowe użytkowanie przez wiele lat.
Badania wpisują się w światowy model gospodarki obiegu zamkniętego. Dzięki rozwiązaniu możliwy będzie recykling modułów na poziomie 90% (z uwzględnieniem odzysku aluminium i szkła).
Wytyczne dla firmy wdrażającej
Pierwsze duże instalacje fotowoltaiczne w Europie powstawały w latach 80., a okres eksploatacji modułów wynosi średnio ok. 25-30 lat.
– W związku z tym już teraz na terenie Europy znajduje się dużo odpadów fotowoltaicznych, produkowanych w różnych okresach i fabrykach. Niezbędna będzie dokładna identyfikacja materiałów, użytych w produkcji modułów, w tym określenie, jakie tworzywa czy metale zostały użyte – mówi prof. Klugmann-Radziemska.
Oprócz identyfikacji składów modułów i badań w zakresie przygotowania ich do delaminacji, naukowcy z Katedry Konwersji i Magazynowania Energii oraz Katedry Technologii Polimerów, a także z Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Okrętownictwa będą badać 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. Ze względu na zastosowane metody termiczne i chemiczne, proces przemysłowy będzie zamknięty i zautomatyzowany.
Źródło: Politechnika Gdańska
