Parmi les nombreux développements de l'industrie solaire au cours de la dernière décennie, l'un des plus notables a été le déploiement d'installations de recyclage de panneaux solaires partout aux États-Unis. Ce qui était autrefois considéré comme un problème à traiter plus tard se produit déjà à grande échelle, pris en charge par des entreprises pleinement investies dans ce secteur spécialisé — We Recycle Solar, SolarCycle, SolarPanelRecycling.com (SPR) et bien d'autres. Les enjeux grandissent : l'Agence internationale de l'énergie renouvelable estime que les déchets cumulés de panneaux solaires pourraient atteindre des dizaines de millions de tonnes à l'échelle mondiale d'ici 2050, et aux États-Unis, des États comme Washington ont commencé à adopter des règles de gestion des modules de type responsabilité élargie du producteur qui encadrent le traitement des panneaux en fin de vie.

Bien que les recycleurs fassent partie d'une industrie soucieuse de l'environnement, ils ne traitent pas les panneaux solaires par simple bonne volonté : ils dirigent une entreprise. Aujourd'hui, les principales sources de revenus issus du recyclage des panneaux solaires au silicium sont les cadres en aluminium ainsi que le cuivre, le silicium et l'argent extraits.

« Au bout du compte, pour que le recyclage fonctionne, quelqu'un doit être en mesure de consommer les produits que vous générez, et de les consommer à grande échelle », a déclaré Brett Henderson, PDG de SPR. « Lorsque vous décomposez un panneau au silicium en toutes ses matières premières de base pour les réintroduire dans les industries manufacturières, l'essentiel de tout panneau, c'est le verre. Le verre n'est pas une matière très précieuse. Le recyclage des panneaux au silicium est économiquement viable [parce que] vous le subventionnez en récupérant l'aluminium et l'argent. »

Tout comme les recycleurs suivent le marché des matières premières, les fabricants font de même. Les récents prix élevés de l'argent ont conduit certains fabricants de panneaux à explorer des conceptions utilisant moins de ce métal précieux — une considération importante pour une industrie qui consomme chaque année une part significative de la demande mondiale d'argent. Les panneaux sans argent seraient moins coûteux à fabriquer, mais ils seraient aussi moins valorisables au recyclage. De telles tendances de fabrication obligent les recycleurs à devenir certains des experts les plus pointus du marché en matière de panneaux solaires.

Les bases du recyclage des panneaux solaires

Les procédés de recyclage décrits ici s'appliquent aux panneaux solaires au silicium, le choix dominant dans l'industrie solaire mondiale. Les panneaux en couche mince au tellurure de cadmium (CdTe) sont installés sur de nombreux projets solaires à grande échelle aux États-Unis grâce à la base de fabrication nationale de First Solar, mais leur conception unique est moins attractive pour les recycleurs tiers. Les panneaux en couche mince sont sans cadre — donc sans aluminium — et le marché actuel ne demande ni cadmium ni tellurium. First Solar, pour sa part, gère son propre programme de reprise et de recyclage de modules pour ses produits en couche mince, rappelant que le traitement en fin de vie peut suivre des modèles différents selon la chimie du panneau.

La première étape du recyclage des panneaux solaires au silicium consiste à retirer soigneusement les boîtes de jonction et les cadres. L'essentiel de ce qui reste est du verre de faible valeur, mais plus le verre est retiré proprement et complètement, plus il est facile d'accéder aux composants plus précieux.

La majeure partie de la R&D des recycleurs porte sur le retrait du verre, que ce soit par broyage, par force mécanique ou par une autre méthode. SPR a récemment achevé une modernisation de 12 millions de dollars dans ses trois usines de recyclage — situées en Caroline du Nord, en Géorgie et au Texas — afin de mieux retirer le verre sans endommager les plaquettes de silicium ni les encapsulants situés en dessous.

OnePlanet, un recycleur de panneaux solaires installé près de Jacksonville, en Floride, a mis au point un procédé qui, selon son PDG André Pujadas, permet de retirer 99,5 % du verre des modules avec une pureté de verre de 99 %. OnePlanet y parvient grâce à un flux d'air à haute vélocité : un vent extrême fissure et détache le verre des autres composants.

Une fois le verre retiré, tous les recycleurs suivent généralement la même voie : le broyage de la plaquette de silicium et de ses connexions en une poudre fine, puis une séparation par densité, qui produit du cuivre et un mélange argent-silicium. Le cuivre se vend facilement pour les recycleurs, tandis que les raffineries sont mieux placées pour séparer l'argent et le silicium afin de les vendre à des acheteurs plus importants.

« Internaliser [le raffinage] ne serait pas un avantage compétitif. Ils le font à très grande échelle pour des industries du monde entier. SPR ne cherche pas à réinventer la roue », a déclaré Henderson.

Le procédé de recyclage propriétaire de OnePlanet pourrait toutefois apporter un élément de raffinage chez le recycleur lui-même. Lorsque le verre est retiré plus proprement, a expliqué Pujadas, le mélange argent-silicium est moins contaminé par le verre broyé, ce qui concentre le résultat final en silicium pur à 95 % avec 1 % d'argent — une matière plus précieuse pour les raffineries.

« Toute la philosophie commerciale ici serait d'extraire et de récupérer des minéraux pour les réintroduire dans la chaîne d'approvisionnement en vue d'une nouvelle consommation, encourageant ainsi une économie circulaire », a-t-il déclaré. « Une grande partie de cela dépend de la valeur extraite sur l'ensemble de la chaîne de valeur. Ce procédé de recyclage est très axé sur un silicium de haute pureté. [À terme], nous aurons suffisamment de silicium pour qu'il puisse devenir une matière première pour la production de silicium de qualité métallurgique. »

Regard vers l'avenir

Les recycleurs de panneaux étudient déjà les tendances de fabrication futures pour déterminer comment ces changements affecteront leur capacité à rester en activité — et ces tendances pourraient arriver plus tôt que prévu.

La plupart des panneaux solaires au silicium étant censés fonctionner correctement pendant 25 ans et plus, il n'y a pas encore eu d'afflux de panneaux hors service issus de la première grande vague d'installations américaines du début des années 2010. Mais l'offre de panneaux endommagés — incidents de transport et de manutention, conditions météorologiques défavorables et erreurs de fabrication — est suffisante pour que les recycleurs doivent anticiper dès aujourd'hui les tendances de demain. Cette première grande vague de panneaux vieillissants devrait néanmoins atteindre la fin de vie au cours des prochaines décennies, c'est pourquoi les capacités de traitement et les marchés de matières premières en cours de construction sont dimensionnés pour des volumes bien plus importants à venir.

Henderson a indiqué que SPR avait ajouté des équipements de recyclage bifacial à ses sites de traitement à peine deux ans après son lancement. « Nous intégrons immédiatement les nouvelles technologies dans notre flux », a-t-il déclaré.

SPR emploie des analystes de recherche dédiés pour suivre rapidement les tendances de fabrication et déterminer si le recycleur pourrait avoir besoin d'une nouvelle technologie de traitement ou de nouveaux débouchés pour différentes compositions de matériaux. Si les panneaux solaires utilisent moins d'argent, le cuivre pourrait gagner en valeur, mais le mélange silicium-argent pourrait devenir moins attractif pour certaines raffineries. Le recyclage lui-même est la partie facile ; trouver les bons acheteurs de matières premières est plus difficile.

« Nous commençons à voir des technologies qui n'utilisent plus du tout d'argent sur un panneau solaire, ou beaucoup moins. S'il s'agit toujours de cette technologie à base de silicium, cela va simplement changer l'économie du modèle », a déclaré Henderson. « Avec le temps, les coûts d'assurance augmentent, les coûts d'équipement augmentent, les coûts de main-d'œuvre augmentent, les coûts réglementaires augmentent. Et si vous supprimez l'un des composants qui aide à le subventionner, cela signifiera probablement que les propriétaires d'actifs vont vivre une montagne russe concernant les prix du recyclage. »

Les panneaux tandem pérovskite-silicium, par exemple, sont encore nouveaux sur le marché, mais de nombreux recycleurs réfléchissent déjà à la manière de les traiter. Une préoccupation est leur utilisation du plomb, qui nécessiterait des encapsulants plus résistants pour empêcher l'humidité de pénétrer — des encapsulants plus difficiles à briser pour accéder aux composants précieux. La toxicité du plomb constitue un défi supplémentaire.

« Cela peut devenir une matière dangereuse, et il faut alors gérer le transport et l'élimination dans un cadre complet de déchets dangereux », a déclaré Pujadas. « Il faut ensuite renforcer vos systèmes d'émission et votre culture de la sécurité. C'est faisable, mais quand faut-il commencer ? »

Voilà le dilemme dans le secteur du recyclage de panneaux solaires : quand est-il temps d'investir dans de nouveaux procédés, et quand peut-on compter sur un flux régulier de technologies plus anciennes ? C'est pourquoi les efforts qui peuvent être maîtrisés aujourd'hui — améliorer le retrait du verre et la pureté du silicium — seront avantageux quelle que soit la future conception des panneaux solaires.

« C'est une industrie étrange », a déclaré Henderson. « Les panneaux solaires sont le seul et unique article que vous recevez, mais il y a tellement de variantes. »