În cursa pentru atingerea neutralității climatice, energia solară joacă un rol din ce în ce mai important, fiind a treia cea mai utilizată sursă de energie regenerabilă, după cea hidraulică și cea eoliană. Utilizarea de panouri fotovoltaice în industrie, și, mai nou, în gospodării, a dus la creșterea numărului acestora, ceea ce, pe termen mediu și lung, va conduce la creșterea cantității de deșeuri electrice provenite de la acestea.
La nivel mondial, capacitatea cumulată a panourilor fotovoltaice instalate este de 942 GW, aceasta urmând să se extindă ca urmare a faptului că multe țări au început deja procesul de decarbonizare a sistemelor de energie. În 2021, Uniunea Europeană avea o capacitate instalată de producție a energiei solare de 162 GW, în creștere față de anul precedent, și se estimează că până în 2030 statele membre UE vor depăși 750 GW.
Agenția internațională pentru energie regenerabilă (IRENA) a previzionat că, până în anul 2050, cantitatea de deșeuri de panouri fotovoltaice va continua să crească, atingând o valoare cuprinsă între 60 și 78 milioane de tone, reprezentând 10% din totalul deșeurilor electrice și electronice (DEEE) produse în acel an.
Panourile fotovoltaice
Alcătuite din aluminiu, sticlă, semiconductori, cabluri, plastic, cupru, siliciu dar și metale rare, panourile fotovoltaice au o durată de viață între 20 și 30 de ani și sunt considerate echipamente electrice, motiv pentru care debarasarea de acestea trebuie să se facă la punctele de colectare dedicate DEEE-urilor.
Panourile fotovoltaice sunt încadrate în trei generații, în funcție de tehnologia și materialele folosite în producție: panouri de primă generație, care includ module monocristaline, multi- sau poli-cristaline, fiind și cele care domină piața cu o cotă procentuală cuprinsă între 80% și 90%, cele din a doua generație, care includ module cu peliculă subțire și materiale precum cadmiu și telur sau cupru, indiu, galiu și selenid, și cele din a treia generație, care sunt cele mai avansate din punct de vedere tehnologic, dar și cel mai puțin utilizate la nivel global.
Un studiu recent a demonstrat că producția de module cu siliciu din materiale reciclate are un impact asupra mediului cu 58% mai mic decât realizarea modulelor din materiale nou extrase. Reciclarea panourilor fotovoltaice pe fluxurile corecte de reciclare, este cu atât mai importantă cu cât se estimează că materialele semiconductoare, inclusiv indiul, galiul, seleniul și telurul, își vor epuiza rezervele într-o perioadă cuprinsă între 5 și 50 de ani la ritmul actual de extracție.
Reciclarea panourilor fotovoltaice
Reciclarea deșeurilor de panouri fotovoltaice se află în faza incipientă, numărul fabricilor dedicate fiind încă mic comparativ cu nevoile, motiv pentru care multe dintre aceste module sunt fie reciclate la comun cu alte tipuri de deșeuri, fie incinerate, fie eliminate la groapa de gunoi.
Procesul de reciclare a panourilor fotovoltaice poate fi împărțit în trei etape: (i) exfoliere mecanică, chimică sau termică, (ii) eliminarea chimică a învelișului și (iii) extracție/rafinare chimică. Totuși, aceste faze diferă în funcție de tehnologia folosită la realizarea panourilor fotovoltaice. Spre exemplu, în cazul modulelor din a doua generație care conțin cupru, indiu, galiu și selenid este nevoie de procese chimice sau termice pentru recuperarea materiilor prime critice.
La nivel european, în vederea asigurării unui standard al calității reciclării, Comitetul European de Standardizare Electrotehnică (CENELEC) a dezvoltat standardul EN50625-2-4 care descrie cerințele din punct de vedere administrativ și tehnic în manipularea deșeurilor provenite din panouri fotovoltaice.
În general, principalele beneficii de mediu provin din recuperarea aluminiului și siliciului. Siliciul recuperat din panourile fotovoltaice reduce nevoia de extracție și rafinare a siliciului brut, diminuând astfel costurile de producție. În multe cazuri, reciclarea panourilor are o eficiență între 78% și aproape 100% în privința recuperării unor componente.
La momentul actual, panourile fotovoltaice pe bază de siliciu sunt tratate în principal în instalații de reciclare pentru tratarea sticlei laminate, a deșeurilor electrice și electronice și a metalelor. În aceste fabrici, abordarea mecanică de zdrobire și sortare este folosită pentru a recupera o parte din materiale, precum aluminiul, sticla, și cuprul, acestea fiind și principalele materii pe care se concentrează procesele de extracție și reciclare.
O altă provocare este reprezentată de existența materiilor prime critice, precum galiul sau indiul, în proporții relativ mici în panourile fotovoltaice ceea ce face ca extracția acestora să fie mai dificilă. În timp ce materiale precum aluminiul și cuprul au tehnologii robuste de reciclare și infrastructură deja existentă, materiale precum indiul, telurul și siliciul nu au. Pe fondul unor cantități de deșeuri relativ mici, extracția materiilor prime critice rămâne o opțiune puțin atractivă din punct de vedere financiar.
Bune practici
Uniunea Europeană a fost prima în a adopta reglementări privind deșeurile de panouri fotovoltaice. Directiva UE 2012/19/CE impune producătorilor obligația de a finanța costurile de colectare și reciclare a panourilor fotovoltaice la finalul duratei de folosință, astfel urmărind să îmbunătățească colectarea, reutilizarea și reciclarea deșeurilor electrice și electronice pentru a contribui la utilizarea eficientă a resurselor.
În 2018, un parteneriat între Veolia și PV Cycle France a culminat cu înființarea primei fabrici de reciclare a deșeurilor provenite din panouri fotovoltaice în Franța. În 2022, fabrica și-a extins capacitatea de reciclare la 4000 tone de deșeuri de panouri fotovoltaice.
Ramp-PV, un proiect al ROSI SAS din Franța, finanțat prin programul european Horizon Europe, a primit primul „Premiu pentru industria viitorului” al UE, în semn de recunoaștere pentru cercetarea și dezvoltarea de procese chimice la temperaturi joase folosite pentru a recupera materiile prime incorporate în panourile fotovoltaice.
Start-up-ul FLAXRES desfășoară operațiuni de reciclare la scară industrială într-o fabrică din Dresda, Germania, capabilă să recicleze 10 tone de module fotovoltaice pe zi. Acesta a dezvoltat un proces prin care componentele modulelor sunt separate strat cu strat folosind impulsuri luminoase de mare intensitate la energie scăzută. Această tehnologie patentată a permis recuperarea siliciului, argintului și sticlei.
Compania americană First Solar a înființat fabrici în Statele Unite, Germania și Malaezia și a anunțat că poate obține o rată de recuperare atât pentru cadmiu cât și pentru telur între 95 și 97%, aceste metale rare urmând a fi refolosite în produsele First Solar.
Contextul din România
De mai bine de 3 ani, piața panourilor fotovoltaice a luat avânt și este în continuă creștere in România. Le vedem pe case, pe spațiile industriale și comerciale și în fermele fotovoltaice. Mai mult de 20 de mii de tone de panouri au fost importate în anul 2023.
Având o durată de viață atât de mare, la vremea ieșirii lor din uz, se va pune problema de finanțare a costurilor de colectare și reciclare. Legislația actuală prevede ca importatorii care pun pe piață astfel de echipamente electrice să achite „timbrul verde” pentru astfel de costuri. Tot în această legislație (care nu distinge panourile fotovoltaice de alte echipamente electrice și electronice) se trasează o țintă de colectare de 65% față de media echipamentelor puse pe piață în trei ani anteriori.
În concluzie, dacă au fost puse pe piață cantități de 50 mii tone în anii 2021-2023, circa 11 mii de tone de deșeuri de echipamente electrice și electronice (bineînțeles altele decât panouri fotovoltaice, nefiind încă ieșite din uz) vor trebui colectate și finanțate de producători prin Organizații de Transfer de Responsabilitate.
Soluția ar fi ca pentru aceste echipamente să existe o țintă calculată la nivelul DEEE generate, iar timbrul verde dat de importatori să fie pus într-un fond dedicat reciclarii acestor echipamente.
Concluzii
Pentru a remedia provocările existente și a îmbunătăți piața reciclării panourilor fotovoltaice, este importantă participarea tuturor părților interesate: a producătorilor de panouri fotovoltaice, a companiilor de gestionare a deșeurilor, a institutelor de cercetare, precum și a autorităților și a publicului. Participarea actorilor relevanți poate asigura nu numai creșterea cantității de deșeuri, ceea ce va conduce la impulsionarea recuperării materiilor prime critice, dar și cercetarea și dezvoltarea de linii de tratare, extracție și reciclare, înființarea de fabrici dedicate care să asigure că materiile prime rezultate au un grad înalt de puritate.
Totodată, este important ca producătorii să implementeze conceptul de proiectare pentru reciclare, în vederea asigurării unei reciclări facile a deșeurilor de panouri fotovoltaice. Un design prietenos cu reciclarea facilitează demontarea sau separarea diferitelor componente din module, îmbunătățind rata de recuperare și puritatea materiilor prime secundare.
Autori: Diana Trifu și Dragoș Călugăru, Director General ECOTIC
