Ticari tipteki bir güneş paneli ortama 20 ila 30 yıl dayanacak şekilde üretilmiştir ve otuz yıl boyunca güneşte kaldıktan sonra bile donanımın sökülmesi zordur. Aslında çoğu geri dönüşüm tesisi, eski güneş panellerindeki en değerli ancak en az erişilebilir malzemeler olan silikon, gümüş ve bakırı çöpe atmakta ve yalnızca alüminyum çerçeveleri ve cam bölmeleri geri kazanmaktadır.
Şimdi ise Venedik’in endüstriyel bir bölgesindeki bir gemi konteynerinin içinde, bir İtalyan startup firması olan 9-Tech yaklaşmakta olan küresel bir soruna el atıyor: 2050 yılına kadar üretim ömürlerinin sonuna ulaşması beklenen 54 milyon ila 160 milyon ton güneş modülünün sorumlu bir şekilde nasıl geri dönüştürüleceği. Malzemelerin geri kazanılması kolay olmayacak. Dünya güneş enerjisini giderek daha fazla kullandıkça geri dönüşüm ihtiyacı da artacaktır. Halihazırda küresel çapta 1,2 terawatt’tan fazla güneş enerjisi kullanılmakta.
Güneş paneli geri dönüşümü oldukça pahalı ve zehirli bir süreç!
Fotovoltaik çöp dağının birikmesini engellemek amacıyla araştırmacılar daha iyi geri dönüşüm yöntemlerinin peşine düşüyor. Şimdiye kadar önerilen en gelişmiş yöntemler, bir kristal silikon PV modülündeki bakır, gümüş, silikon, cam ve alüminyumun en az yüzde 90’ını geri kazanabiliyor. Ancak bu işlemler pahalıdır ve genellikle zehirli kimyasallar içerir. Uluslararası Enerji Ajansı tarafından PV sürdürülebilirliğini analiz etmek üzere görevlendirilen bir grup uluslararası uzmanı yöneten NREL’de baş çevre mühendisi olan Garvin Heath, hiçbir geri dönüşüm yönteminin düzenli depolama kadar ucuz olmadığını ve çok azının endüstriyel ölçekte çalıştığını söylüyor.
9-Tech’in kurucuları ise şimdi daha iyi bir yolları olduğunu söylüyorlar. Uyguladıkları süreç, bir yanma fırını, bir ultrason banyosu ve mekanik ayıklamayı içeren 3 adımlı zorlu bir uğraş. 9-Tech’in baş teknoloji sorumlusu Francesco Miserocchi, şirketin zehirli kimyasallar kullanmadığını, çevreye hiçbir kirletici salmadığını ve bir güneş panelindeki malzemelerin yüzde 90’ına kadarını geri kazandığını söylüyor.
Geri dönüşüm neden zahmetli?
Şirket, sürecini küresel PV pazarının yüzde 97’sini oluşturan kristal silikon güneş panellerine uyarlıyor. Paneller tipik olarak bor ve fosfor katkılı bir dizi silikon tabakadan oluşmakta ve üzerleri yansıma önleyici silikon nitrür kaplama ile kaplanmakta. Gümüş iletkenler tabaka yüzeyine serigrafi ile basılır ve bakır iletkenler ızgara şeklinde diziye lehimlenir. Malzemeleri nemden ve hasardan korumak için üreticiler tüm diziyi yapışkan polimerlerle (genellikle etilen-vinil asetat) lamine ederler. Daha sonra lamine diziyi temperli cam levhalarla kaplarlar, her şeyi alüminyumla çerçevelerler, kenarları kapatırlar ve arkaya bir bağlantı kutusu eklerler.
Bir paneli geri dönüştürme zamanı geldiğinde, en zorlu adımlardan biri her şeye yapışan polimerleri çıkarmaktır. “Bu sadece kenarlar ya da birkaç tutkal noktası değil. Bütün bir yüzey -birkaç metre kare- polimerden oluşuyor” diyor Heath. Polimer yakılabilir, ancak bu işlem karbon monoksit, hidroflorik asit ve diğer zararlı kirleticileri açığa çıkarır. Gümüş iletkenleri ayırmak da zorlayıcıdır çünkü bunlar çok ince bir tabaka halinde (yaklaşık 10 ila 20 mikrometre) uygulanır ve silikona güçlü bir şekilde bağlanır. Bunların çıkarılması tipik olarak hidroflorik asit, nitrik asit veya sodyum hidroksit gibi toksik reaktifleri içerir.
Yeni geri dönüşüm yönteminin farkı ne?
9-Tech’teki ekip bu zorlukları iki şekilde ele alıyor. Gümüşü toksik kimyasallar yerine ultrason kullanarak geri kazanıyorlar ve polimerleri yakmalarına rağmen yayılan kirleticileri yakalıyorlar.
Şirketin pilot tesisindeki süreç, işçilerin güneş paneli alüminyum çerçevesini, bağlantı kutusunu ve temperli camı manuel olarak çıkarmasıyla başlıyor. Böylece geriye polimer, silikon tabaka ve metal iletkenlerden oluşan bir sandviç kalıyor. Çerçeve veya cam olmadan, sandviç katmanları bükülerek kırılgan silikonu küçük parçalara ayırır. İşçiler temperli camı kırıyor ve ardından polimerler nedeniyle çoğunlukla hala yerinde duran tüm malzemeleri sürekli yanan bir fırına gönderiyor. 400 °C’nin üzerinde ısıtılan polimerler buharlaşıyor ve bir filtre kirleticileri yakalıyor. Sistem aynı zamanda fırından gelen ısıyı da yakalıyor ve enerji verimliliği için yeniden kullanıyor.
Kalan malzeme fırından çıkarken, bir silindir mekanik olarak bakırı sıyırır. Bir dizi elek, kırılan cam ve silikon parçalarını kalınlıklarına göre ayırır. Hala gümüşle kaplı olan silikon parçaları bir organik asit banyosuna daldırılır ve elementler arasındaki bağları gevşetmek için ultrason ile muamele edilir. Ultrason, ses dalgalarını asit banyosuna yayarak çalışır, bu da dönüşümlü olarak yüksek ve düşük basınç döngülerine neden olur.
Son olarak, işçiler silikon parçalarını bir ağ ile ultrason banyosundan çıkarıyor. Bu işlem, çözeltide filtrasyon veya santrifüj yoluyla geri kazanılabilen ince bir gümüş tozu bırakıyor. Cerchier, 9-Tech’in pilot tesisinin bir PV modülündeki gümüşün yüzde 90’ını, silikonun yüzde 95’ini ve bakır, alüminyum ve camın yüzde 99 veya daha fazlasını geri kazanabildiğini söylüyor. Dahası, malzeme son derece saf olarak kabul ediliyor, bu da yeniden kullanılabileceği uygulama türlerini artırıyor.
Yeni çevreci yöntem daha pahalı olsa da umut vadediyor
Startup’ın geri dönüşüm süreci, sadece alüminyum ve camı geri kazanan mevcut yöntemlerden daha pahalı. Ancak Miserocchi, yüksek saflıkta silikon, gümüş ve bakırın çıkarılmasının yöntemden kaynaklı ekstra maliyeti dengeleyeceğini söylüyor. Ayrıca tüm süreç aslında işlenmemiş elementler için madencilik yapmaktan daha verimli. Bir ton güneş panelinden yaklaşık 500 gram gümüş elde edilebilirken, bir ton cevherden sadece 165 gram gümüş elde edilebildiğini söylüyor. Miserocchi, “Ömrünü tamamlamış bir fotovoltaik panelin hala verecek çok şeyi var” diyor. “Küçük bir değerli element madeni olarak düşünülebilir.”
9-Tech ekibi, önümüzdeki 18 ay içinde daha büyük bir demonstrasyon tesisi kurduktan sonra güneş paneli geri dönüşüm yöntemlerinin karlılığı hakkında daha fazla bilgi sahibi olacak. Venedik’te nakliye konteyneri ile aynı sanayi bölgesinde yer alacak bu tesis günde 800 güneş modülü işleyebilecek. Pilot tesislerinde günde sadece yedi modül işleniyor.
Heath ise “Geri dönüşüm tek strateji olmamalı” diyor ve ekliyor: “İnsanlar geri dönüşüme başvurmadan önce güneş panellerini onarmanın ya da ömürlerini uzatmak için yeniden kullanmanın alternatif yollarını düşünmeli” diyor.
