Van de vele ontwikkelingen in de zonne-industrie van het afgelopen decennium is een van de meest opvallende de uitbouw van zonnepaneelrecyclingfabrieken in de hele Verenigde Staten. Wat ooit werd gezien als een probleem voor later, vindt nu al op grote schaal plaats, uitgevoerd door bedrijven die volledig in deze gespecialiseerde sector zijn geïnvesteerd — We Recycle Solar, SolarCycle, SolarPanelRecycling.com (SPR) en vele anderen. De inzet groeit: het International Renewable Energy Agency heeft voorspeld dat de cumulatieve hoeveelheid zonnepaneelafval wereldwijd tegen 2050 tienduizenden tonnen kan bereiken, en in de Verenigde Staten zijn staten zoals Washington begonnen met het aannemen van zogenaamde module-stewardship-regels naar het model van uitgebreide producentenverantwoordelijkheid, die bepalen hoe afgedankte panelen worden behandeld.

Hoewel recyclers deel uitmaken van een milieubewuste industrie, verwerken zij zonnepanelen niet uitsluitend uit goede wil; zij runnen een bedrijf. Vandaag zijn de belangrijkste verdiensters van gerecyclede silicium zonnepanelen de aluminium frames en het gewonnen koper, silicium en zilver.

"Uiteindelijk moet, wil recycling werken, iemand de producten die je genereert kunnen afnemen, en dat op grote schaal," zei Brett Henderson, CEO van SPR. "Als je een siliciumpaneel uit elkaar haalt tot alle basisgrondstoffen om ze terug te voeren naar de productie-industrie, bestaat het grootste deel van elk paneel uit glas. Glas is geen erg waardevolle grondstof. Siliciumpanelen zijn economisch rendabel te recyclen [omdat] je het subsidieert door aluminium en zilver te winnen."

Zoals recyclers op de grondstoffenmarkt opereren, doen fabrikanten dat ook. De recent hoge zilverprijzen hebben sommige panelfabrikanten ertoe gebracht ontwerpen te onderzoeken die minder van dit edelmetaal gebruiken — een relevante overweging voor een industrie die jaarlijks een aanzienlijk aandeel van de wereldwijde zilvervraag consumeert. Panelen zonder zilver zouden goedkoper zijn te produceren, maar ook minder waardevol om te recyclen. Productietrends zoals deze dwingen recyclers om tot de meest deskundige zonnepaneel-experts op de markt te behoren.

Basisprincipes van zonnepaneelrecycling

De hier beschreven recyclingprocessen gelden voor silicium zonnepanelen, de dominante paneelkeuze in de wereldwijde zonne-industrie. Cadmiumtelluride (CdTe) dunne-film panelen worden dankzij de binnenlandse productiebasis van First Solar op veel nutschalige zonprojecten in de Verenigde Staten geïnstalleerd, maar hun unieke ontwerp is minder aantrekkelijk voor externe recyclers. Dunne-film panelen zijn randloos — dus geen aluminium — en de markt vraagt vandaag niet om cadmium of tellurium. First Solar heeft overigens een eigen terugname- en recyclingprogramma voor zijn dunne-film producten, een herinnering dat de afvalverwerking verschillende modellen kan volgen, afhankelijk van de paneelchemie.

De eerste stap bij het recyclen van silicium zonnepanelen is het zorgvuldig verwijderen van de aansluitdoosjes en frames. Het grootste deel van wat overblijft is goedkoop glas, maar hoe schoner en vollediger dat glas wordt verwijderd, hoe gemakkelijker de waardevollere componenten bereikbaar worden.

Het meeste onderzoek door recyclers gaat uit naar glasverwijdering, hetzij door slijpen, kracht of een geheel andere methode. SPR voltooide onlangs een upgrade van 12 miljoen dollar in zijn drie recyclingfabrieken — in North Carolina, Georgia en Texas — om glas beter te verwijderen zonder de onderliggende silicium wafers en encapsulanten te beschadigen.

OnePlanet, een zonnepaneelrecycler nabij Jacksonville, Florida, heeft een proces ontwikkeld dat volgens CEO André Pujadas 99,5% van het moduleglas kan verwijderen bij een glaszuiverheid van 99%. OnePlanet bereikt dit met luchtstromen op hoge snelheid: extreme wind doet het glas barsten en breekt het los van de andere componenten.

Zodra het glas is verwijderd, volgen alle recyclers in grote lijnen hetzelfde pad — het versnipperen van de silicium wafer en zijn verbindingen tot een fijn poeder en het doorvoeren daarvan via dichtheidsscheiding, wat koper en een zilver-siliciummengsel oplevert. Koper is voor recyclers gemakkelijk te verkopen, terwijl raffinaderijen het zilver en silicium beter kunnen scheiden voor verkoop aan grotere afnemers.

"Om [raffinage] in huis te halen zou geen concurrentievoordeel opleveren. Zij doen dit op grote schaal voor industrieën over de hele wereld. SPR probeert het wiel niet opnieuw uit te vinden," zei Henderson.

OnePlanets gepatenteerde recyclingproces zou echter een element van raffinage naar de recycler zelf kunnen brengen. Wanneer het glas schoner wordt verwijderd, aldus Pujadas, wordt het zilver-siliciummengsel minder verontreinigd door verbrijzeld glas, waardoor het eindresultaat concentreert tot 95% zuiver silicium met 1% zilver — een waardevollere grondstof voor raffinaderijen.

"De hele bedrijfsfilosofie hier is om mineralen te winnen en terug te voeren in de toeleveringsketen voor hergebruik, en zo een circulaire economie te bevorderen," zei hij. "Een groot deel daarvan is hoeveel waarde over de hele waardeketen wordt geëxtraheerd. Dit recyclingproces is sterk gericht op silicium van hoge zuiverheid. [Uiteindelijk] zullen we genoeg silicium hebben zodat het een grondstof kan worden voor de productie van metallurgisch silicium."

Vooruitblik op de toekomst

Panelenrecyclers bestuderen toekomstige productietrends al om te bepalen hoe die veranderingen hun voortbestaan beïnvloeden — en die trends kunnen eerder komen dan verwacht.

Aangezien de meeste silicium zonnepanelen naar verwachting 25 jaar of langer goed functioneren, is er nog geen instroom van afgedankte panelen uit de eerste grote golf Amerikaanse installaties begin jaren 2010. Maar er is voldoende aanbod van beschadigde panelen door transport- en handlingincidenten, slecht weer en productiefouten, zodat recyclers vandaag al de trends van morgen moeten volgen. Die eerste grote golf verouderde panelen zal de komende decennia echter wel afgedankt gaan worden, en daarom worden de verwerkingscapaciteit en grondstoffenmarkten die nu worden opgebouwd, gedimensioneerd op veel grotere volumes in de toekomst.

Henderson zei dat SPR nauwelijks twee jaar na de oprichting bifaciale recyclingapparatuur aan zijn verwerkingslocaties toevoegde. "Wij krijgen nieuwe technologie meteen in onze stroom," zei hij.

SPR heeft toegewijde researchanalisten in dienst om productietrends snel te volgen en te bepalen of de recycler nieuwe verwerkingstechnologie of nieuwe afnemers nodig heeft voor andere materiaalsamenstellingen. Als zonnepanelen minder zilver gebruiken, kan koper waardevoller worden, maar kan het silicium-zilvermengsel minder aantrekkelijk zijn voor bepaalde raffinaderijen. Het recyclen zelf is het makkelijke deel; de juiste kopers voor de grondstoffen vinden is uitdagender.

"We zien nu technologie verschijnen die geen zilver gebruikt in een zonnepaneel, of veel minder. Als het nog steeds deze op silicium gebaseerde technologie is, verandert dat gewoon de economie ervan," zei Henderson. "In de loop van de tijd stijgen verzekeringskosten, apparatuurkosten, arbeidskosten en regelgevingskosten. En als je dan een van de componenten die het subsidiëren wegneemt, betekent dat waarschijnlijk dat activabeheerders een achtbaan gaan ervaren in hoe recycleprijzen zich ontwikkelen."

Tandem perovskiet-silicium panelen zijn bijvoorbeeld nog nieuw op de markt, maar veel recyclers overwegen al hoe ze die moeten verwerken. Een zorg is het gebruik van lood, dat sterkere encapsulanten vereist om vocht buiten te houden — encapsulanten die moeilijker te doorbreken zijn om bij de waardevolle componenten te komen. De giftigheid van lood vormt een extra uitdaging.

"Het kan een gevaarlijke stof worden, en dan moet je omgaan met transport en volledige afvalverwerking volgens een gevaarlijk-afvalscenario," zei Pujadas. "Dan moet je je emissiesystemen en veiligheidscultuur versterken. Het kan, maar wanneer begin je ermee?"

Dat is het dilemma in de zonnepaneelrecyclingsector: wanneer is het tijd om in nieuwe processen te investeren, en wanneer kun je rekenen op een gestage stroom van oude technologieën? Daarom zijn inspanningen die vandaag beheersbaar zijn — het verbeteren van glasverwijdering en siliciumzuiverheid — voordelig, ongeacht elk toekomstig zonnepaneelontwerp.

"Het is een vreemde industrie," zei Henderson. "Zonnepanelen zijn het ene product dat je binnenbrengt, maar er zijn zoveel varianten."