Zu den vielen Entwicklungen der Solarbranche im vergangenen Jahrzehnt zählt der Aufbau von Recyclinganlagen für Solarpanels in den gesamten USA als eine der bemerkenswertesten. Was einst als Problem für ferne Zukunft galt, findet bereits im großen Stil statt – betreut von Unternehmen, die vollständig in diesen spezialisierten Sektor investiert haben: We Recycle Solar, SolarCycle, SolarPanelRecycling.com (SPR) und viele weitere. Der Druck wächst: Die Internationale Erneuerbare-Energie-Agentur hat prognostiziert, dass der kumulierte Solarpanel-Abfall bis 2050 weltweit zehn Millionen Tonnen erreichen könnte, und in den USA haben Bundesstaaten wie Washington damit begonnen, Modul-Verantwortungsregeln nach dem Vorbild der erweiterten Herstellerverantwortung einzuführen, die den Umgang mit ausgedienten Panels prägen.

Obwohl Recycler Teil einer umweltbewussten Branche sind, verarbeiten sie Solarpanels nicht allein aus gutem Willen – sie betreiben ein Geschäft. Die Haupteinnahmequellen bei recycelten Silizium-Solarpanels sind derzeit die Aluminiumrahmen sowie das gewonnene Kupfer, Silizium und Silber.

„Am Ende des Tages muss, damit Recycling funktioniert, jemand in der Lage sein, die Produkte, die Sie erzeugen, abzunehmen – und das im großen Maßstab“, sagte Brett Henderson, CEO von SPR. „Wenn man ein Siliziumpanel nimmt und in alle seine Grundrohstoffe zerlegt, die in die Fertigungsindustrien zurückgeführt werden, besteht der Großteil jedes Panels aus Glas. Glas ist kein sehr wertvoller Rohstoff. Siliziumpaneele lassen sich wirtschaftlich recyceln, [weil] man es durch die Gewinnung von Aluminium und Silber quersubventioniert.“

Wie die Recycler spielen auch die Hersteller am Rohstoffmarkt. Die zuletzt hohen Silberpreise haben einige Panelhersteller dazu veranlasst, Designs mit weniger von dem Edelmetall zu erproben – eine bedeutsame Überlegung für eine Branche, die jährlich einen erheblichen Anteil der weltweiten Silbernachfrage verbraucht. Panels ohne Silber wären günstiger herzustellen, aber auch weniger wert, wenn es ums Recycling ginge. Derartige Herstellungstrends zwingen Recycler, zu den kenntnisreichsten Solarpanel-Experten am Markt zu werden.

Grundlagen des Solarpanel-Recyclings

Die hier beschriebenen Recyclingprozesse gelten für Silizium-Solarpanels, die dominante Panelwahl in der weltweiten Solarbranche. Cadmiumtellurid-(CdTe-)Dünnschichtpaneele werden dank First Solars heimischer Fertigungsbasis zwar in vielen Solar-Großprojekten in den USA installiert, doch ihr einzigartiges Design ist für Drittanbieter-Recycler weniger attraktiv. Dünnschichtpaneele sind rahmenlos – also ohne Aluminium – und der Markt fragt derzeit weder Cadmium noch Tellur nach. First Solar betreibt für seine Dünnschichtprodukte wiederum ein eigenes Rücknahme- und Recyclingprogramm – ein Hinweis darauf, dass der Umgang mit ausgedienten Modulen je nach Panelchemie unterschiedlichen Modellen folgen kann.

Der erste Schritt beim Recycling von Silizium-Solarpanels ist das vorsichtige Entfernen der Anschlussdosen und Rahmen. Der Großteil des verbleibenden Materials ist wenig wertvolles Glas, doch je sauberer und vollständiger dieses Glas entfernt wird, desto leichter lassen sich die wertvolleren Komponenten erreichen.

Der Großteil der Forschungs- und Entwicklungsaufwendungen der Recycler entfällt auf die Glasentfernung – ob durch Schleifen, Krafteinwirkung oder ein ganz anderes Verfahren. SPR hat kürzlich ein Upgrade von 12 Millionen US-Dollar in seinen drei Recyclingwerken – in North Carolina, Georgia und Texas – abgeschlossen, um Glas besser zu entfernen, ohne die darunterliegenden Siliziumwafer und Kapselungsmaterialien zu beschädigen.

OnePlanet, ein Solarpanel-Recycler mit Sitz in der Nähe von Jacksonville, Florida, hat ein Verfahren entwickelt, das nach Angaben von CEO André Pujadas 99,5 % des Modulglases bei einer Glasreinheit von 99 % entfernen kann. OnePlanet erreicht dies mit einem Hochgeschwindigkeits-Luftstrom: Extremer Wind lässt das Glas von den übrigen Komponenten absplittern und abbrechen.

Nach der Glasentfernung folgen alle Recycler im Allgemeinen demselben Weg: Das Siliziumwafer und seine Verbindungen werden zu einem feinen Pulver zerkleinert und durch eine Dichtetrennung geschickt, die Kupfer und eine Silber-Silizium-Mischung ergibt. Kupfer lässt sich für Recycler leicht verkaufen, während Raffinerien Silber und Silizium besser trennen und an größere Abnehmer verkaufen können.

„Eine [Raffination] ins Haus zu holen, wäre kein Wettbewerbsvorteil. Die tun das in großem Maßstab für Industrien auf der ganzen Welt. SPR versucht nicht, das Rad neu zu erfinden“, sagte Henderson.

OnePlanets proprietäres Recyclingverfahren könnte dem Recycler jedoch ein Element der Raffination selbst bringen. Wenn das Glas sauberer entfernt wird, ist die Silber-Silizium-Mischung laut Pujadas weniger mit zerkleinertem Glas verunreinigt, was das Endergebnis auf 95 % reines Silizium mit 1 % Silber konzentriert – ein für Raffinerien wertvollerer Rohstoff.

„Die gesamte Geschäftphilosophie besteht darin, Mineralien zu extrahieren und zurückzugewinnen und sie für den erneuten Verbrauch in die Lieferkette einzuspeisen, um eine Kreislaufwirtschaft zu fördern“, sagte er. „Ein großer Teil davon ist, wie viel Wert über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg gewonnen wird. Dieses Recyclingverfahren ist sehr auf Silizium hoher Reinheit ausgerichtet. [Irgendwann] werden wir genug Silizium haben, sodass es zu einem Ausgangsstoff für die Herstellung von metallurgischem Silizium werden kann.“

Ein Blick in die Zukunft

Panel-Recycler untersuchen bereits künftige Herstellungstrends, um zu bestimmen, wie sich diese Änderungen auf ihre Überlebensfähigkeit auswirken werden – und diese Trends könnten früher kommen als erwartet.

Da die meisten Silizium-Solarpanels voraussichtlich 25 Jahre und länger erfolgreich funktionieren, hat es noch keinen Zustrom ausgedienter Panels aus der ersten großen Welle US-amerikanischer Installationen der frühen 2010er-Jahre gegeben. Aber das Angebot an beschädigten Panels aus Transport- und Handhabungsvorfällen, Unwettern und Fertigungsfehlern reicht aus, sodass Recycler den Trends von morgen bereits heute folgen müssen. Diese erste große Welle alternder Panels wird dennoch in den kommenden Jahrzehnten zur Außerdienststellung erwartet – weshalb die heute aufgebaute Verarbeitungskapazität und die Rohstoffmärkte auf deutlich größere Mengen ausgelegt werden.

Henderson sagte, dass SPR kaum zwei Jahre nach der Gründung Recyclingausrüstung für bifaziale Panels an seinen Standorten ergänzt hat. „Wir nehmen neue Technologien sofort in unseren Strom auf“, sagte er.

SPR hält eigene Forschungsanalytiker im Team, um Herstellungstrends schnell zu verfolgen und festzustellen, ob der Recycler eine neue Verarbeitungstechnologie oder neue Abnehmer für andere Materialzusammensetzungen benötigt. Wenn Solarpanels weniger Silber verwenden, könnte Kupfer wertvoller werden, doch die Silizium-Silber-Mischung könnte für bestimmte Raffinerien weniger attraktiv sein. Das Recycling selbst ist der einfache Teil; die richtigen Rohstoffkäufer zu finden, ist schwieriger.

„Wir sehen derzeit Technologien, die gar kein oder deutlich weniger Silber in einem Solarpanel verwenden. Wenn es weiterhin diese siliziumbasierte Technologie ist, wird das einfach die Ökonomie davon verändern“, sagte Henderson. „Mit der Zeit steigen die Versicherungskosten, die Gerätekosten, die Arbeitskosten, die Regulierungskosten. Und wenn dann eine der Komponenten entfernt wird, die das quersubventionieren, wird das wahrscheinlich bedeuten, dass Anlagebesitzer eine Achterbahn bei den Recyclingpreisen erleben werden.“

Tandem-Perowskit-Silizium-Panels beispielsweise sind noch neu am Markt, doch viele Recycler erwägen bereits, wie sie sie verarbeiten sollen. Eine Sorge ist der Einsatz von Blei, der stärkere Kapselungsmaterialien gegen Feuchtigkeit erfordern würde – Materialien, die schwerer zu durchbrechen sind, um an die wertvollen Komponenten zu gelangen. Die Toxizität von Blei stellt eine zusätzliche Herausforderung dar.

„Es kann zu einem Gefahrgut werden, und dann muss man sich mit Transport und der vollständigen Entsorgung im Rahmen eines Gefahrenabfall-Szenarios befassen“, sagte Pujadas. „Dann muss man die Emissionssysteme und die Sicherheitskultur verstärken. Es wäre machbar, aber wann fängt man damit an?“

Das ist das Dilemma im Solarpanel-Recycling: Wann ist es Zeit, in neue Verfahren zu investieren, und wann kann man sich auf einen steten Strom alter Technologien verlassen? Deshalb werden Maßnahmen, die heute kontrollierbar sind – die Verbesserung der Glasentfernung und der Siliziumreinheit – unabhängig vom künftigen Solarpanel-Design von Vorteil sein.

„Es ist eine seltsame Branche“, sagte Henderson. „Solarpanels sind der eine einzelne Gegenstand, den man hereinbekommt, aber es gibt so viele Varianten.“