Konsortium entwickelt Pilotanlage für vollständiges Recycling von Solarmodulen

Ein europäisches Konsortium, dem unter anderem die italienische Energieagentur Enea und die französische Kommission für alternative Energien und Atomenergie angehören, hat einen Plan für den Bau einer emissionsarmen Pilotanlage zur Rückgewinnung von kritischen und wertvollen Metallen wie Silizium, Indium, Gallium und Silber entwickelt. Die Anlage soll dazu dienen, neue Materialien und neue Produkte in den Produktionskreislauf zurückzuführen.

17. November 2021 Emiliano Bellini

Foto: Solarworld

von pv magazine International

Die italienische Forschungsagentur Enea und der italienische Photovoltaik-Hersteller von Heterojunction-Solarmodulen, Enel Green Power, entwickeln eine Pilotlinie für das vollständige Recycling von Solarmodulen am Ende ihres Lebenszyklus. Die französische Kommission für alternative Energien und Atomenergie (CEA) koordiniert das von der EU geförderte Forschungsprojekt „Photorama“, mit dem das neuartige Recyclingverfahren demonstriert werden soll. „Photorama“ steht als Abkürzung für “PHOtovoltaic waste management – advanced Technologies for recOvery & recycling of secondary RAw MAterials from end-of-life modules”.

Ziel des europäischen Konsortiums aus insgesamt 13 Partnern ist das Recycling von Rohstoffen aus ausgedienten Photovoltaik-Produkten bei gleichzeitiger Maximierung der Rückgewinnungsrate von Rohstoffen aus Solarmodulen im Vergleich zu herkömmlichen Technologien. „Photorama“ zielt auch darauf ab, die Verwendung von recycelten Materialien im Rahmen eines Kreislaufwirtschaftskonzepts für die Produktion von Sekundärrohstoffen zu ermöglichen. Das Projekt sieht den Bau einer emissionsarmen Pilotanlage zur Rückgewinnung kritischer und wertvoller Metalle wie Silizium, Indium, Gallium und Silber vor.

Dieses Verfahren soll bei „Photorama“ erprobt werden.
Grafik: Enea

Anschließend sollen sie als neue Materialien oder Produkte in den Produktionskreislauf zurückgeführt werden. Die Pilotlinie wird in drei verschiedenen Schritten arbeiten: automatische Demontage der Module, intelligente Trennung der Komponenten und innovative Rückgewinnung der Materialien. „Der Prozess beginnt mit einer neuen Delaminierungstechnik, die auf einer vom CEA entwickelten und patentierten Draht-Diamant-Technologie basiert“, so Enea-Forscher Massimo Izzi auf Anfrage von pv magazine. „Mit dieser Technologie wird es möglich sein, das Glas, die Rückseitenfolie und die Zellen eines Moduls in einem einzigen Prozess zu trennen, so dass die einzelnen Teile des Moduls anschließend für die Recyclingphase einzeln behandelt werden können.“

Chemisch-physikalische Prozesse auf der Basis von superkritischen Flüssigkeiten (SCF), die CO2 und H2O koppeln, werden dann eingesetzt, um eine hohe Rückgewinnungsrate von Material zu ermöglichen, ohne auf die derzeitigen und ineffizienten Schreddertechniken zurückgreifen zu müssen, durch die die Zellen, die die wertvollen Teile der Module sind, in einer Verwertungskette mit geringem wirtschaftlichem Wert enden – das so genannte „Downcycling“.

Die Pilotanlage kann auch für das Recycling von Dünnschicht-Photovoltaik-Modulen eingesetzt werden. Das Verfahren basiert auf einer vom deutschen Unternehmen Lux Chemtech patentierten Technologie. Es ermöglicht die hohe Löslichkeit von Indium und Gallium durch Methansulfonsäure in CIGS-Solarmodulen. Das Verfahren kann auch für die Heterojunction-Technologie verwendet werden, bei der Silizium und Indium nach Auflösung in Methansulfonsäure elektrochemisch isoliert werden.

Nach Abschluss des gesamten Recyclingprozesses wird das unzerbrochene Glas für die direkte Verwendung in der Solarindustrie aufbereitet, während das Silber in leitfähige Druckfarben für den Siebdruck oder elektrisch leitfähige Klebstoffe umgewandelt wird, die in Photovoltaik-Fabriken getestet und qualifiziert werden. Silizium wird behandelt, um verschiedene Reinheiten für die Verwendung als Silizium-Rohstoff in der Photovoltaik-Fertigung oder als Sputtermaterialien zu erhalten. Indium wird für die Dünnschichtabscheidung verwendet, die in der Photovoltaik-Fertigung getestet und qualifiziert werden soll. Gallium wird zur Herstellung von recyceltem Kupfer-Gallium- oder Kupfer-Indium-Gallium verarbeitet, die in der CIGS-CIS-Dünnschicht-Herstellung verwendet werden.

Die Pilotlinie wird voraussichtlich einen Technology Readiness Level (TRL) von sieben erreichen. Der Level misst den Reifegrad von Technologiekomponenten für ein System und basiert auf einer Skala von eins bis neun, wobei neun für ausgereifte Technologien für eine vollständige kommerzielle Anwendung steht. Izzi zufolge wird die Pilotanlage die Rückgewinnung der Metalle aus den Solarmodulen mit einem bisher nicht erreichten Reinheitsgrad ermöglichen. „Es ist eines der fortschrittlichsten und effizientesten Recyclingverfahren der Welt“, sagte er.

Die Entwicklung des neuen Recyclingverfahrens wird in Verbindung mit Tests in einer realen Fabrikumgebung durchgeführt. Enel Green Power wird die zu recycelnden Module bereitstellen und die recycelten Rohstoffe in der Solarzellen- und Modulproduktion verwenden. „Unsere Technik dürfte die Kosten für das Recycling von Solarmodulen dank der innovativen Technologieschritte senken, und die Umsetzung des ‚Photorama‘-Recyclingprogramms würde bis 2030 bereits mehr als 100.000 Tonnen wertvoller Sekundärrohstoffe freisetzen“, so Izzi.

Zu dem europäischen Konsortium gehören auch der spanische Photovoltaik-Anlagenbauer Mondragon Assembly, das norwegische Forschungsunternehmen Sintef, der belgische Flachglasverarbeiter Maltha, das spanische Forschungsunternehmen Idener und Lux Chemtech. Das Projekt wird über das EU-Programm „Horizon 2020“ gefördert und soll bis 2024 laufen.

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