Tra i tanti sviluppi dell'industria solare dell'ultimo decennio, uno dei più significativi è stata la costruzione di strutture per il riciclo dei pannelli solari in tutti gli Stati Uniti. Ciò che un tempo era considerato un problema da rimandare è ormai una realtà su larga scala, gestita da aziende pienamente investite nel settore specializzato — We Recycle Solar, SolarCycle, SolarPanelRecycling.com (SPR) e molte altre. Le poste in gioco crescono: l'Agenzia Internazionale per le Energie Rinnovabili ha previsto che i rifiuti cumulativi di pannelli solari potrebbero raggiungere decine di milioni di tonnellate a livello globale entro il 2050 e, negli Stati Uniti, stati come Washington hanno iniziato ad adottare norme di stewardship dei moduli in stile responsabilità estesa del produttore che regolano la gestione dei pannelli a fine vita.

Sebbene i riciclatori facciano parte di un'industria sensibile all'ambiente, non trattano i pannelli solari solo per buona volontà: stanno conducendo un'attività commerciale. Oggi, le principali fonti di guadagno nei pannelli solari al silicio riciclati sono le cornici in alluminio e il rame, il silicio e l'argento estratti.

"Alla fine, perché il riciclo funzioni, qualcuno deve essere in grado di consumare i prodotti che generi e consumarli su larga scala", ha dichiarato Brett Henderson, CEO di SPR. "Quando prendi un pannello al silicio e lo scomponi in tutte le sue materie prime da reimmettere nelle industrie manifatturiere, la maggior parte di qualsiasi pannello è vetro. Il vetro non è una merce molto pregiata. I pannelli al silicio sono economicamente vantaggiosi da riciclare [perché] il costo viene ammortizzato raccogliendo alluminio e argento."

Così come i riciclatori seguono il mercato delle materie prime, così fanno i produttori. I recenti prezzi elevati dell'argento hanno spinto alcuni produttori di pannelli a esplorare progetti che utilizzano meno del metallo prezioso — una considerazione significativa per un'industria che consuma ogni anno una quota consistente della domanda globale di argento. I pannelli senza argento sarebbero più economici da produrre, ma avrebbero anche un valore di riciclo inferiore. Tendenze manifatturiere come questa stanno spingendo i riciclatori a diventare alcuni degli esperti di pannelli solari più preparati sul mercato.

Nozioni di base sul riciclo dei pannelli solari

I processi di riciclo qui descritti si applicano ai pannelli solari al silicio, la scelta dominante nell'industria solare globale. I pannelli a film sottile al tellururo di cadmio (CdTe) sono installati in molti progetti solari su scala di servizi pubblici negli Stati Uniti grazie alla base produttiva nazionale di First Solar, ma il loro design particolare non è altrettanto interessante per i riciclatori terzi. I pannelli a film sottile sono senza cornice — quindi senza alluminio — e il mercato oggi non richiede cadmio né tellurio. First Solar, per parte sua, gestisce un proprio programma di ritiro e riciclo dei moduli per i suoi prodotti a film sottile, a ricordare che la gestione a fine vita può seguire modelli diversi a seconda della chimica del pannello.

Il primo passo nel riciclo dei pannelli solari al silicio è la rimozione accurata delle scatole di giunzione e delle cornici. La maggior parte di ciò che resta è vetro di basso valore, ma più il vetro viene rimosso in modo pulito e completo, più è facile accedere ai componenti più pregiati.

La maggior parte della ricerca e sviluppo dei riciclatori è dedicata alla rimozione del vetro, che avvenga tramite macinazione, forza meccanica o un altro metodo. SPR ha recentemente completato un potenziamento da 12 milioni di dollari nei suoi tre impianti di riciclo — situati in North Carolina, Georgia e Texas — per rimuovere meglio il vetro senza danneggiare le wafer di silicio e gli incapsulanti sottostanti.

OnePlanet, un riciclatore di pannelli solari operativo nei pressi di Jacksonville, in Florida, ha sviluppato un processo che, secondo il CEO André Pujadas, può rimuovere il 99,5% del vetro del modulo con una purezza del vetro del 99%. OnePlanet ottiene questo risultato con un flusso d'aria ad alta velocità: un vento estremo frattura e stacca il vetro dagli altri componenti.

Una volta rimosso il vetro, tutti i riciclatori seguono generalmente lo stesso percorso — la triturazione della wafer di silicio e delle sue connessioni in una polvere fine e il passaggio attraverso la separazione per densità, che produce rame e una miscela argento-silicio. Il rame è facile da vendere per i riciclatori, mentre le raffinerie possono separare meglio argento e silicio per venderli a acquirenti più grandi.

"Portare [la raffinazione] all'interno non sarebbe un vantaggio competitivo. La svoltono su scala enorme per industrie di tutto il mondo. SPR non sta cercando di reinventare la ruota", ha detto Henderson.

Il processo di riciclo proprietario di OnePlanet, tuttavia, potrebbe portare un elemento di raffinazione presso il riciclatore stesso. Quando il vetro viene rimosso in modo più pulito, ha spiegato Pujadas, la miscela argento-silicio è meno contaminata dal vetro frantumato, il che concentra il risultato finale in silicio al 95% di purezza con l'1% di argento — una merce più pregiata per le raffinerie.

"L'intera filosofia aziendale qui sarebbe estrarre e recuperare minerali e reintrodurli nella catena di approvvigionamento per un nuovo consumo, promuovendo un'economia circolare", ha detto. "Gran parte di ciò riguarda quanta valore si estrae lungo l'intera catena del valore. Questo processo di riciclo è molto concentrato su un silicio ad alta purezza. [Alla fine] avremo abbastanza silicio da poterlo trasformare in materia prima per la produzione di silicio di grado metallurgico."

Uno sguardo al futuro

I riciclatori di pannelli stanno già studiando le future tendenze manifatturiere per determinare come questi cambiamenti influenzeranno la loro capacità di rimanere in attività — e tali tendenze potrebbero arrivare prima del previsto.

Con la maggior parte dei pannelli solari al silicio destinati a funzionare con successo per 25 anni e oltre, non si è ancora verificato un afflusso di pannelli dismessi provenienti dalla prima grande ondata di installazioni statunitensi dei primi anni 2010. Ma l'offerta di pannelli danneggiati da incidenti di trasporto e movimentazione, condizioni meteorologiche avverse ed errori di produzione è sufficiente a richiedere ai riciclatori di tenersi al passo oggi con le tendenze di domani. Quella prima grande ondata di pannelli invecchiati è comunque destinata a raggiungere la dismissione nei prossimi decenni, motivo per cui la capacità di lavorazione e i mercati delle materie prime che si stanno costruendo oggi sono dimensionati per volumi molto più grandi in futuro.

Henderson ha raccontato che SPR ha aggiunto attrezzature per il riciclo di pannelli bifacciali nei propri siti di lavorazione appena due anni dopo il lancio. "Stiamo introducendo subito le nuove tecnologie nel nostro flusso", ha detto.

SPR impiega analisti di ricerca dedicati per seguire rapidamente le tendenze manifatturiere e determinare se il riciclatore possa aver bisogno di una nuova tecnologia di lavorazione o di nuovi acquirenti per composizioni dei materiali diverse. Se i pannelli solari utilizzassero meno argento, il rame potrebbe diventare più prezioso, ma la miscela silicio-argento potrebbe risultare meno interessante per alcune raffinerie. Il riciclo in sé è la parte facile; trovare i giusti acquirenti di materie prime è più impegnativo.

"Stiamo iniziando a vedere tecnologie che non utilizzano affatto argento in un pannello solare, o molto meno. Se resta questa tecnologia a base di silicio, cambierà semplicemente l'economia del processo", ha detto Henderson. "Nel tempo, i costi assicurativi aumentano, i costi delle attrezzature aumentano, i costi del lavoro aumentano, i costi normativi aumentano. E poi, se si rimuove uno dei componenti che contribuisce ad ammortizzare i costi, probabilmente significare che i proprietari degli asset vivranno su un ottovolante per quanto riguarda i prezzi del riciclo."

I pannelli tandem perovskite-silicio, ad esempio, sono ancora nuovi sul mercato, eppure molti riciclatori stanno già valutando come processedarli. Una preoccupazione è il loro uso di piombo, che richiederebbe incapsulanti più resistenti per tenere fuori l'umidità — incapsulanti più difficili da rompere per raggiungere i componenti pregiati. La tossicità del piombo pone una sfida ulteriore.

"Può diventare un materiale pericoloso, e allora bisogna occuparsi del trasporto e dello smaltimento secondo un quadro completo di gestione dei rifiuti pericolosi", ha detto Pujadas. "Poi bisogna rafforzare i sistemi di emissioni e la cultura della sicurezza. Si può fare, ma quando bisogna iniziare a farlo?"

Questo è il dilemma nel settore del riciclo dei pannelli solari: quando è il momento di investire in nuovi processi e quando ci si può affidare a un flusso costante di tecnologie più datate? Ecco perché gli sforti controllabili oggi — migliorare la rimozione del vetro e la purezza del silicio — saranno vantaggiosi indipendentemente da qualsiasi futuro design di pannelli solari.

"È un settore strano", ha detto Henderson. "I pannelli solari sono l'unico singolo articolo che entra, ma ce ne sono così tante varianti."