Утилизация солнечных панелей

Поделиться ссылкой на статью

Обновлено 12 января, 2022

Есть ли вторая жизнь у солнечных панелей?

В последние годы наблюдается активное развитие солнечной энергетики во всем мире. Этот тренд сопровождается реальным желанием использовать природные возобновляемые источники энергии с выгодой для населения стран, но без нанесения урона для окружающей среды. В отличие от тяжелой промышленности, солнечная энергетика – довольно молодая отрасль, которая еще не успела «намусорить». Однако у каждого продукта и материала есть свой срок эксплуатации и использования. Какова же дальнейшая судьба PV-модулей, которые подошли к рубежу своего срока службы?

Утилизация солнечных панелей — актуальность увеличивается

Солнечные модули, которые отработали своё (в среднем, срок эксплуатации первых PV-модулей составляет 25-30 лет), относятся к разряду электронного мусора (e-waste). Годовой мировой объём e-waste в 2021 году составил около 57 миллионов метрических тонн. Фотоэлектрические панели сегодня — это всего лишь доли процента мирового объема электронных отходов. Да, солнечная энергетика — молодая отрасль и пока не успела сильно намусорить. В то же время мы знаем, насколько быстро она развивается.  Международное агентство по возобновляемым источникам энергии прогнозирует, что к 2050 году до 78 миллионов метрических тонн солнечных панелей достигнет конца своего срока службы, и что в мире будет ежегодно производиться около 6 миллионов метрических тонн новых солнечных электронных отходов. Хотя последнее число составляет небольшую долю от общего объема электронных отходов, которые человечество производит каждый год, стандартные методы переработки электроники не подходят для солнечных батарей. Для извлечения наиболее ценных материалов из них, включая серебро и кремний, требуются индивидуальные решения по переработке. И если нам не удастся разработать эти решения вместе с политикой, поддерживающей их широкое внедрение, мы уже знаем, что произойдет. Если не законодательно не обязать перерабатывать солнечные панели, все они пойдут на обычные свалки.

Расширение производства солнечной энергии является ключом к сокращению выбросов во всем мире. В 2019 году во всем мире солнечные панели произвели 720 тераватт-часов энергии, что составляет около 3% мирового производства электроэнергии. И для этого потребовалось около 46 миллионов метрических тонн солнечных панелей.

Международное агентство возобновляемой энергетики (IRENA) и Международное энергетическое агентство (МЭА) в 2016 году опубликовали совместный доклад о стратегии утилизации солнечных модулей. Прогнозируется, что к 2030 году мировые отходы фотовольтаики (накопленным итогом) составят 1,7-8 млн тонн в зависимости от того, будут ли это regular loss (модули, которые отработали свой срок эксплуатации в 25-30 лет) или же early loss (преждевременно изъятые модули, до окончания их срока службы по ряду причин – замена устаревшего оборудования, механическое повреждение панелей и т.д.). Уже к 2050 объёмы отходов PV-модулей, отслуживших свой срок, составят 60-78 млн тонн (рис.1 и рис. 2).

Когда сегодня солнечные батареи подходят к концу срока службы, их ждет несколько возможных сценариев. Согласно законодательству ЕС, производители должны обеспечить надлежащую переработку своих солнечных батарей. В Японии, Индии и Австралии требования по переработке находятся в разработке. В Соединенных Штатах, за исключением закона штата Вашингтон, нет никаких требований по переработке солнечный панелей. Добровольные усилия по переработке, проводимые промышленностью, ограничены по масштабам. «Сейчас мы вполне уверены, что около 10 процентов солнечных панелей перерабатываются», — сказал Сэм Вандерхоф, генеральный директор Recycle PV Solar, одной из немногих американских компаний, занимающихся переработкой фотоэлектрических панелей. Остальные, по его словам, отправляются на свалки или экспортируются за границу для повторного использования в развивающихся странах со слабой защитой окружающей среды.

Рис.1. Глобальный обзор прогнозов отходов фотоэлектрических панелей, 2016-2050 гг. Источник: IRENA and IEA PVPS – End-of-Life Management Solar PV Panels, 2016: p.12
Рис.1. Глобальный обзор прогнозов отходов фотоэлектрических панелей, 2016-2050 гг. Источник: IRENA and IEA PVPS – End-of-Life Management Solar PV Panels, 2016: p.12
Рис. 2. Накопительные отходы фотоэлектрических панелей (млн тонн) в разрезе стран-лидеров. Источник: IRENA and IEA PVPS – End-of-Life Management Solar PV Panels, 2016: p.12
Рис. 2. Накопительные отходы фотоэлектрических панелей (млн тонн) в разрезе стран-лидеров. Источник: IRENA and IEA PVPS – End-of-Life Management Solar PV Panels, 2016: p.12

Вторая жизнь солнечной батарее

Некоторые компании пытаются отремонтировать и повторно использовать панели, которые потеряли эффективность, или, по крайней мере, спасти некоторые из их компонентов. Повторное использование — это самый простой и дешевый способ «переработать» панели — он требует наименьшей обработки и наиболее экономически эффективен.

Бывшая в употреблении панель может быть перепродана примерно за полцены от новой. По словам Мэн Тао, профессора инженерии Университета штата Аризона и основателя стартапа по переработке солнечных панелей под названием TG Companies, компоненты бывшей в употреблении панели могут быть проданы на общую сумму до 18 долларов — это меньше, чем стоимость б/у солнечной панели на 10-15%. Хотя некоторые реселлеры предлагают бывшие в употреблении панели для продажи бытовым клиентам, они не предлагают значительной экономии на цене. Панели составляют не более половины общей стоимости солнечной электростанции, а остальное приходится на другое оборудование и расходы. Учитывая, что бывшие в употреблении панели не производят столько электроэнергии, как новые, деньги, сэкономленные на их покупке, могут не стоить того.

Когда панель достигает гарантийного срока службы – это не значит, что она не может производить энергию. Несмотря на снижение эффективности, использованные панели могут быть установлены на волонтерских проектах, что и подтверждает компания WFTSS.

В компании WFTSS заявили, что ранее они хранили более 100 тонн солнечных материалов на свалках. Продавали переоборудованные панели солнечным производителям и компаниям, которые искали запасные части для существующих массивов. Продавая повторно использованные панели и выводя из эксплуатации крупномасштабные массивы, WFTSS может профинансировать свою главную миссию по предоставлению бесплатных солнечных проектов коренным жителям Мексики. WFTSS сотрудничает с волонтерской организацией, которая строит дома примерно в 20 странах для нуждающихся людей, включая Мексику. В общем, компания WFTSS перепрофилирует, перерабатывает, а также отдает на благотворительность использованные PV-модули.

Фото 2. Отработавшие срок службы PV-панели на крыше дома в Мексике обеспечивают бесплатное электричество для жителей. Принадлежат WFTSS. Источник: онлайн-издание Solar Power World – Old solar panels get second life in repurposing and recycling markets, Jan’19
Фото 2. Отработавшие срок службы PV-панели на крыше дома в Мексике обеспечивают бесплатное электричество для жителей. Принадлежат WFTSS. Источник: онлайн-издание Solar Power World – Old solar panels get second life in repurposing and recycling markets, Jan’19

В Соединённых Штатах Америки есть компании, которые предлагают услуги по перепрофилированию и повторному использованию солнечных панелей. Сначала панели оценивают, потом ремонтируют. Поскольку эти модули отремонтированы, они продаются по более низкой цене по сравнению с новыми панелями (от 0,05 до 0,15 долларов США за ватт).

Что можно извлечь из солнечной панели?

Солнечные панели собраны в виде бутерброда с ячейками в центре. Около 90% коммерческих солнечных панелей используют кремний в качестве полупроводника, который преобразует свет в электричество. Тонкие полоски металла, обычно серебра, пересекают поверхность кремниевых кристаллов в каждой ячейке и передают электричество в медную проводку панели.

Панели PV содержат небольшое количество опасных веществ. Они вымываются только в том случае, если панели разбиты — к сожалению, это практически гарантировано, когда они выбрасываются на свалку. В небольших количествах токсичность может быть незначительной, но когда речь идет о миллионах тонн панелей, опасность загрязнения вызывает серьезную озабоченность. Серебро, олово и свинец (особенно в старых панелях) являются опасными компонентами моно- и поликристаллических кремниевых панелей (по оценкам, от 70% до 90% рынка); в тонкопленочных панелях содержатся индий, галлий, селен, кадмий, теллур, а также свинец.

Солнечные элементы имеют защитную пленку, обычно из прозрачного пластика, называемого EVA. Сверху идет еще один слой стекла, а заднюю часть покрывает другой пластик, например ПЭТ. Все это заключено в алюминиевую рамку. Эта многослойная конструкция защищает элементы от воздействия окружающей среды, пропуская солнечный свет, но ее может быть трудно разобрать, когда панели достигли конца своего срока службы.

Поскольку серебро очень дорогое и ограниченное, некоторые исследователи работают над сокращением или даже заменой серебра в новых солнечных панелях. Хотя это может еще больше снизить их цену, это также уменьшит экономическую целесообразность переработки.

Извлечение полезных материалов из старых солнечных панелей

Процесс переработки фотоэлектрических панелей на основе кремния начинается с разборки самого продукта на отдельные алюминиевые и стеклянные части. Почти все (95%) стекло может быть использовано повторно, а все внешние металлические детали используются для переформовки каркасов панелей. Остальные материалы обрабатываются при температуре 500°C в установке для термообработки, чтобы облегчить отделение элементов панели. Из-за высокой температуры герметизирующий пластик испаряется, оставляя кремниевые элементы готовыми к дальнейшей обработке. Поддерживающая технология гарантирует, что даже этот пластик не будет потрачен впустую, поэтому он повторно используется в качестве источника тепла для дальнейшей термической обработки.

После термической обработки материал физически отделяется. 80% его может быть легко использован повторно, а остальное подвергаются дальнейшей переработке. Частицы кремния, называемые пластинами, вытравливают с помощью кислоты. Сломанные пластины переплавляются для повторного использования для производства новых кремниевых модулей, в результате чего степень переработки кремниевого материала составляет 85%.

Переплавить стекло тоже оказалось не так просто. Дым при плавке отходов вылетает в атмосферу и щедро усеивает окрестности тем же кадмием и свинцом. Дождевая вода вымывает кадмий из поврежденной солнечной панели в течении нескольких месяцев. А по своей токсичности кадмий аналогичен ртути или мышьяку.

В настоящее время от 85% до 95% материалов солнечной панели можно выделить и переработать. Некоторые поврежденные или преждевременно вышедшие из строя панели можно отремонтировать и перепродать на вторичном рынке или в развивающиеся страны по сниженным ценам, что позволит получить доступ к солнечным технологиям тем, кто в противном случае не смог бы себе этого позволить. Стекло, медь, свинец, алюминий и опасные полупроводниковые материалы могут быть утилизированы посредством сочетания механических и химических процессов, оказывающих относительно небольшое воздействие на окружающую среду, и либо переплавлены для переработки, либо проданы в качестве сырья для использования в создании новых солнечные панели и другую электронику, что снижает объем энергии, затрачиваемой на их производство.

Подход к регенерации/переработке не только имеет экологический смысл, но и стоит больших денег. В самых последних отчетах стоимость глобального выхода извлеченного сырья из солнечных панелей оценивается в 450 миллионов долларов США к 2030 году и превышает 15 миллиардов долларов США к 2050 году.

Китай, США, Япония, страны ЕС активно инвестируют в исследования и разработки по переработке солнечных панелей. На сегодняшний день различают два вида переработки PV-модулей – грубую и тонкую (см. инфографику). При первой подразумевается извлечение основных материалов модуля – алюминия, меди, стекла, а вот пластмасса попросту сжигается. При тонкой переработке возможно извлечение всех химических элементов. В состав солнечных модулей входит сырье, которое можно использовать вторично. Так, в процентном соотношении панель из кристаллического кремния – это 76% стекла, 10% полимерных материалов, 8% алюминия, 5% кремниевых полупроводников, 1% меди, менее 0,1% серебра, олова и свинца. В тонкопленочных модуляx доля стекла гораздо выше — 89% (CIGS) и 97% (CdTe).

Инфографика: Процесс переработки PV-модулей. Источник: Онлайн-издание GreenMatch –The Opportunities of Solar Panel Recycling, Dec’18
Инфографика: Процесс переработки PV-модулей. Источник: Онлайн-издание GreenMatch –The Opportunities of Solar Panel Recycling, Dec’18

Использованные панели, которые нельзя перепродать, отправляются либо на свалку, либо на переработку. ЕС, например, требует от производителей собирать и перерабатывать использованные солнечные панели и финансировать исследования по переработке отработавших панелей, произведенных этими производителями.

Некоторые мусороперерабатывающие заводы могут перерабатывать солнечные батареи механическим способом. Большинство из них снимают алюминиевую раму и измельчают все стекло, кремний и другие металлы в смесь, называемую стеклобоями, которую можно продавать для производства строительных материалов или других промышленных применений.

Но стеклобой стоит немного — около 3 долларов за смесь, полученную из одной панели. И неясно, найдутся ли покупатели на весь стеклобой, полученный в результате переработки гораздо большего количества солнечных панелей, говорит Тао. Возможность извлекать чистые ценные материалы может помочь сделать переработку более прибыльной.

Сегодня в Европе извлекается для повторного использования 65-70% (по массе) материалов, из которых состоят солнечные модули, что соответствует Директиве ЕС WEEE. CENELEC, Европейский комитет по стандартизации электротехники, разработал дополнительный стандарт для сбора и переработки панелей (EN50625-2-4 и TS50625-3-5). В стандарте указаны различные административные, организационные и технические требования, направленные на предотвращение загрязнения и ненадлежащего обращения, минимизацию выбросов, содействие увеличению доли восстановленных материалов и операций по глубокой переработке. Он также препятствует отгрузке модулей-отходов на объекты, которые не соответствуют стандартным требованиям охраны окружающей среды и здоровья.

Стандарт включает в себя конкретные требования к очистке отходов, в соответствии с которыми содержание опасных веществ в фракциях выпускаемого после переработки стекла не должно превышать следующих предельных значений:

  • кадмий: 1 мг/кг (сухое вещество) (кремниевые модули); 10 мг/кг (сухое вещество) (не кремниевые модули);
  • селен: 1 мг/кг (сухое вещество) (кремниевые модули); 10 мг/кг (сухое вещество) (не кремниевые модули);
  • свинец: 100 мг/кг (сухое вещество).

Для того чтобы чистые затраты на вывод из эксплуатации были отрицательными (окупались), стоимость извлеченных материалов и/или стоимость освободившейся земли должны превышать затраты на вывод из эксплуатации. С одной стороны, полный демонтаж фотоэлектрической солнечной электростанции – достаточно простая операция, поскольку здесь нет капитальных строений с серьезными фундаментами. С другой стороны, на таких объектах используется большое количество стали, меди и алюминия, и ценность этих материалов вполне может превышать расходы на вывод эксплуатации.

Действительно, недавний экономический анализ показывает, что стоимость лома фотоэлектрической электростанции (в основном сталь и медь) превышает затраты на вывод из эксплуатации, что делает переработку предпочтительнее захоронения отходов.

В сценариях глубокой переработки чистый доход в результате работ по выводу объекта из эксплуатации может составлять US$0,01-0,02/Ватт (без учета стоимости земли).

Таким образом, при надлежащей организации переработка отходов солнечных электростанций может быть выгодной даже без дополнительных мер стимулирования/регулирования.

На обычных фабриках по переработке электронных отходов с панелями не церемонятся: снимают металлическую раму и коммутационный модуль, чтобы отделить алюминий и медь, а затем пропускают всё остальное – стекло, полимеры, кремниевые ячейки – через огромный шредер. Получается масса битого стекла с небольшой долей примесей. По оценкам специалиста по солнечной энергетике из Университета Аризоны Менга Тао (Meng Tao), за стандартную панель из 60 ячеек, а точнее за содержащиеся в ней алюминий, медь и стекло, переработчик может получить около $3. При этом Сэм Вандерхуф из Recycle PV оценивает стоимость самой переработки до $25 (если включать расходы на транспортировку). В то же время просто свалить панель на свалку, как твёрдые отходы, стоит меньше доллара.

Утилизация тонкопленочных модулей

Тонкопленочные панели обрабатываются более радикально. Первый шаг – поместить их в измельчитель. После этого молотковая мельница гарантирует, что все частицы не крупнее 4-5 мм, что является размером, при котором слоистость, удерживающая внутренние материалы вместе, ломается и, следовательно, может быть удалена. В отличие от фотоэлектрических панелей на основе кремния, остальное вещество состоит как из твердого, так и из жидкого материала. Для их разделения используется вращающийся винт, который в основном поддерживает вращение твердых частей внутри трубки, в то время как жидкость стекает в контейнер.

Жидкости проходят процесс осаждения и обезвоживания для обеспечения чистоты. Полученное вещество проходит обработку металла, чтобы полностью разделить различные полупроводниковые материалы. Последний шаг зависит от фактической технологии, используемой при производстве панелей; однако в среднем 95% полупроводникового материала используется повторно.

Твердые вещества загрязнены так называемыми межслоевыми материалами, которые легче по массе и могут быть удалены через вибрирующую поверхность. Наконец, материал проходит промывку. Остается чистое стекло, экономя 90% стеклянных элементов для легкого повторного производства.

Американцы разработали технологию переработки тонкопленочных CdTe-модулей в 2000-х годах. Впервые ее применила компания First Solar. Благодаря разработанной технологии повторно можно использовать 95% полупроводниковых материалов и 90% стекла. Все демонтированные элементы PV-модулей перерабатываются в едином цикле.

Фото 1. Линия по переработке отходов компании First Solar. Источник: Онлайн-издание Solar Power World – It’s time to plan for solar panel recycling in the United States, Apr’18
Фото 1. Линия по переработке отходов компании First Solar. Источник: Онлайн-издание Solar Power World – It’s time to plan for solar panel recycling in the United States, Apr’18

Кто сейчас утилизирует солнечные панели?

Утилизация отходов солнечных электростанций в Европейском союзе регулируется Директивой об отходах электрического и электронного оборудования (WEEE) (2012/19/EU). От производителей требуется финансировать переработку солнечных модулей, продаваемых в Европе. Закон обязывает переработку 80% отходов ежегодно.

Used pv panels 1 утилизация солнечных панелей,переработка солнечных панелей

Немцы преуспели в процессе переработки PV-модулей, они наравне с североамериканцами были первооткрывателями в данной сфере. В Германии распространена та же технология переработки тонкопленочных CdTe-модулей, что и в США, то есть переработка всех элементов PV-модулей в едином цикле. Технология налажена – процесс переработки PV-модулей стал более экологичен и менее энергозатратный, нежели производство первичного сырья для фотоэлектрических панелей.

ЕС инвестирует значительные средства в проекты по утилизации солнечных панелей. Один из таких проектов – ELSi, которым занимается немецкая компания Geltz Umwelt-Technologie. Суть их технологии переработки заключается в повторном использовании материалов (а это около 95%), извлеченных из PV-модулей. Производительность предприятия – 50 тысяч PV-модулей в год.

В 2018 году французская компания Veolia произвела фурор, открыв завод по вторичной переработке PV-модулей. Ранее во Франции, использованные или сломанные солнечные панели попросту перерабатывались установками для вторичной переработки стекла общего назначения. При таком процессе удавалось извлечь стекло и алюминиевые рамы, все остальное сжигалось. Сейчас же на новом заводе Veolia роботы разбирают PV-панели для извлечения стекла, кремния, пластмассы, меди и серебра. Затем эти элементы измельчают в гранулы и подают как готовое сырье для производства новых солнечных панелей.

Европейский Союз в рамках программы EIT RawMaterials выделил 4,8 миллиона евро на реализацию проекта ReProSolar. Руководит проектом компания Veolia, один из крупнейших в мире игроков в области переработки отходов. Вместе с компаниями-партнерами из государственного и частного сектора она разрабатывает особый высокоэффективный процесс утилизации отработанных фотоэлектрических модулей, позволяющий полностью восстанавливать ценные материалы. Например, чистый кремний, серебро и стекло могут после восстановления снова поступать в обрабатывающую промышленность.

«Наш процесс основан на новой технологии расслоения, которая позволяет эффективно отделять солнечные элементы от стеклянной пластины. Затем инновационные физико-химические процессы позволяют восстанавливать все материалы без необходимости измельчения фотоэлектрических модулей», — объясняет руководитель проекта Антуан Дрианкур из Veolia Umweltservice GmbH. «Сегодня ни один промышленный процесс в мире не позволяет получить из старых солнечных элементов серебро и кремний с очень высокой степенью чистоты. Это станет большим прорывом для всей солнечной отрасли с точки зрения действующих стандартов утилизации».

Финансирование проекта Евросоюзом началось в феврале 2021 года и заканчивается в январе 2025 года. Использование технологии в промышленных масштабах будет проверено партнерами FLAXRES GmbH в Дрездене и ROSI Solar в Гренобле до конца года. По данным Veolia, к 2023 году 5000 тонн снятых с эксплуатации фотоэлектрических модулей должны ежегодно обрабатываться в демонстрационной установке.

ROSI Solar, французский стартап, основанный в 2017 году, планирует построить новый завод по переработке в Гренобле, Франция. Компания разработала процесс извлечения серебра, кремния и других ценных материалов из бывших в употреблении панелей. Завод должен открыться до конца 2022 года по контракту с Soren, французской торговой ассоциацией.

Soren также работает с французской логистической компанией Envie 2E Aquitaine, которая попытается найти другое применение выведенным из эксплуатации солнечным батареям.

утилизация солнечных панелей

ROSI фокусируется на извлечении серебра и кремния высокой чистоты, так как эти два материала составляют более 60% стоимости панели. Компания использует запатентованный химический процесс для остальных слоев, сосредоточившись на извлечении крошечных серебряных нитей. Компания может извлекать почти все серебро в твердой форме, поэтому его легче отделить от других металлов, таких как свинец и олово. Компания также восстанавливает кремний в достаточно чистой форме для обработки и повторного использования в новых панелях или батареях электромобилей.

С экономической точки зрения остается актуальным вопрос о рентабельности переработки PV-модулей. Многочисленные исследования показывают, что стоимость лома фотоэлектрической электростанции (в основном сталь и медь) превышает затраты на вывод из эксплуатации, поэтому переработка отходов выгоднее их захоронения. Можно смело говорить о прямопропорциональной зависимости: чем больше объёмы отходов (минимум 20 000 тонн/год), тем выше и прибыльнее процесс переработки.

Если говорить об экологической стороне переработки отработанных PV-модулей, то здесь однозначно будет большой и жирный «+»: только представьте, если прогнозируемое количество отходов PV-модулей к 2050 году (60-78 млн тонн) просто выбросить на свалку… Поскольку производимые сегодня солнечные элементы содержат токсичные вещества, они окажутся вредными для окружающей среды.

И, конечно же, нельзя обойти стороной благотворительный аспект. Американская компания WFTSS на практике показала, как отработавшие свой срок службы солнечные панели можно и далее использовать в частном секторе для нужд малоимущих слоев населения.

Recycle PV Solar — одна из компаний США, которая перерабатывает использованные солнечные панели. Если бы более ценные компоненты солнечной панели, а именно кремний и серебро, можно было бы эффективно отделить и очистить, это могло бы улучшить соотношение затрат и доходов. Небольшое количество специализированных переработчиков солнечных фотоэлектрических модулей пытается это сделать. Компания Veolia, управляющая единственным в мире промышленным заводом по переработке фотоэлектрических кремниевых материалов во Франции, измельчает панели, а затем использует оптический метод для извлечения кремния низкой чистоты. Компания Recycle PV Solar изначально использовала «тепловой процесс и процесс шаровой мельницы», которые могли улавливать более 90 процентов материалов, присутствующих в панели, включая низкочистое серебро и кремний. Но компания недавно получила новое оборудование от своих европейских партнеров, которое может обеспечить переработку более чем 95% материалов, при этом намного лучше разделяя материалы.

Некоторые исследователи хотят добиться еще большего. В недавнем обзорном документе группа под руководством ученых Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии призывает к разработке новых процессов переработки, в которых все металлы и минералы извлекаются с высокой чистотой, с целью сделать переработку как можно более экономически жизнеспособной и экологически выгодной. Как объясняет ведущий автор исследования Гарвин Хит, такие процессы могут включать использование термической или химической обработки для отделения стекла от кремниевых элементов с последующим применением других химических или электрических методов для отделения и очистки кремния и различных следов металлов.

Аккумуляторы нового поколения из лома солнечных батарей

Ученые-материаловеды из австралийского Университета Дикина (Deakin University) говорят, что они нашли способ не просто извлечь кремний из отработанных солнечных панелей для повторного использования, но также продемонстрировали его потенциал в качестве анода для высокоэнергетического аккумулятора.

Рахман и его коллега по исследованию профессор Ин Чен придумали технику, которая использует возможности электронного смещения отработанного кремния и дает ему новую жизнь. По сути, технология ученых вращается вокруг превращения кремния в наноразмерный материал для литий-ионных батарей. Похоже, этот процесс придает материалу неправильную форму, но, как объясняет Рахман, это действительно дает результат.

«Предполагается, что полученный нанокремний может быть неоднородным по размеру и форме из-за морфологических и структурных дефектов, которые возникают на разных этапах его восстановления», — говорит он. «Этот тип нанокремния может обеспечить дополнительное преимущество по сравнению с коммерческим нанокремнием. Поскольку наночастицы кремния с неоднородной формой и размером означают больше свободного пространства внутри с дополнительной пористостью для облегчения транспортировки электролита, это может улучшить использование объема батареи».

Исследователи говорят, что их наноразмерный кремний способен сохранять в 10 раз большую энергию примерно в том же пространстве, что и обычный кремний, и данном этапе теоретически возможно, что это приведет к повышению эффективности батарей. Их предварительные исследования, показывают, что переработанный кремний, функционирует так же, как и коммерческий кремний. В любом случае он может стать новым источником материала для производителей батарей, который в настоящее время стоит около 30 000 долларов за 1 кг.

Переработка фотоэлектрических элементов — это беспроигрышный вариант: производители получают услугу по утилизации своих непригодных панелей и преимущество на рынке («мы перерабатываем»); установщики экономят время и деньги, которые им пришлось бы потратить на вывоз выведенных из эксплуатации панелей на свалку; опасные вещества содержатся и обрабатываются безопасно; углеродный след уменьшается, поскольку элементы и компоненты используются повторно, а не производятся с нуля; и, в совокупности, миллионы тонн потенциальных отходов удаляются со свалок. 

Интерактивная карта — где производится больше всего отходов фотоэлектрической продукции?

Проблема не только в солнечных панелях

Проблема утилизации вырисовывается и для других технологий возобновляемой энергии. Например,  эксперты ожидают, что если не построить значительные перерабатывающие мощности, то более 720 000 тонн гигантских лопастей ветряных турбин окажутся на свалках только в США в течение следующих 20 лет. По преобладающим оценкам, в настоящее время перерабатывается только пять процентов аккумуляторов электромобилей — отставание, которое автопроизводители стремятся исправить, поскольку показатели продаж электромобилей продолжают расти на 40% в годовом исчислении. 

Эта статья прочитана 153 раз(а)!

Продолжить чтение

  • 74
    7 мифов о солнечной энергетикеГлавные 7 мифов о солнечных батареях По разным причинам в интернете есть много неправильной информации о недостатках или проблемах солнечных батарей. Некоторые заявления о солнечной энергетике приносят вред делу борьбы с изменением климата и за уменьшение токсичных выбросов. Большая часть…
  • 64
    Cast Mono солнечные панелиСолнечные панели из литого монокристалла - что это? Статья дополняет нашу основную статью - "Выбор солнечных панелей: моно или поли?". Вы, наверное, слышали про монокристаллические и поликристаллические солнечные панели. Сейчас появился третий тип ‘cast-mono’ (литой монокристалл). Что же это за…
  • 57
    Основы фотоэнергетики (Содержание)Что такое солнечные элементы, модули, инверторы, контроллеры, электростанции? Солнечная энергетика становится мейнстримом современной энергетики, и с каждым годом вызывает все больший интерес. Фотоэлектрическая энергетика - новая отрасль, которая стремительно развивается и уже сейчас современный мир невозможно представить без солнечных фотоэлектрических…
  • 55
    Фотоэлектрические модулиФотоэлектрические модули (солнечные панели) Солнечные панели состоят из солнечных элементов. Так как один солнечный элемент не производит достаточного количества электроэнергии для большинства применений, солнечные элементы собираются в солнечных модулях для того, чтобы производить больше электричества. Модули производятся из псевдоквадратных или…
  • 53
    Тонкопленочные модули из аморфного кремнияТонкопленочные фотоэлектрические модули из аморфного кремния Тонкопленочные технологии часто рассматривают как будущее фотоэлектрической энергетики, несмотря на то, что в настоящее время более 90% всех производимых в мире солнечных модулей - кристаллические. Тем не менее, технологии тонкопленочных модулей развиваются очень быстро,…
Реклама

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *