Среди множества изменений в солнечной отрасли за последнее десятилетие одним из наиболее заметных стало создание мощностей по переработке солнечных панелей по всей территории США. То, что раньше считалось проблемой отдаленного будущего, уже происходит в промышленных масштабах — этим занимаются компании, полностью вложившиеся в специализированный сектор: We Recycle Solar, SolarCycle, SolarPanelRecycling.com (SPR) и многие другие. Ставки растут: Международное агентство по возобновляемым источникам энергии прогнозирует, что к 2050 году накопленный объем отходов солнечных панелей в мире может достичь десятков миллионов тонн, а в США штаты, такие как Вашингтон, начали внедрять правила обращения с модулями в стиле расширенной ответственности производителя, определяющие порядок обращения с панелями, вышедшими из эксплуатации.

Хотя переработчики работают в экологически ориентированной отрасли, они обрабатывают солнечные панели не только из добрых побуждений — в конечном счете это бизнес. Сегодня основные источники прибыли при переработке кремниевых солнечных панелей — это алюминиевые рамы, а также извлекаемые медь, кремний и серебро.

«В конечном счете, чтобы переработка работала, кто-то должен иметь возможность потреблять производимые вами продукты, причем потреблять в масштабе», — сказал Бретт Хендерсон, генеральный директор SPR. «Когда вы берете кремниевую панель и разлагаете ее на все базовые компоненты для повторного включения в производственные отрасли, основную массу любой панели составляет стекло. Стекло — не очень ценный товар. Переработка кремниевых панелей экономически целесообразна [потому, что] вы субсидируете ее за счет сбора алюминия и серебра».

Если переработчики ориентируются на рынок сырьевых товаров, то же самое делают и производители. Недавние высокие цены на серебро побудили некоторых производителей панелей изучать конструкции с меньшим использованием этого драгоценного металла — важный фактор для отрасли, ежегодно потребляющей значительную долю мирового спроса на серебро. Панели без серебра было бы дешевле производить, но они также были бы менее ценными для переработки. Подобные производственные тренды заставляют переработчиков становиться одними из самых сведущих экспертов по солнечным панелям на рынке.

Основы переработки солнечных панелей

Описанные здесь процессы переработки применимы к кремниевым солнечным панелям — доминирующему типу панелей в мировой солнечной индустрии. Тонкопленочные панели из теллурида кадмия (CdTe) устанавливаются на многих промышленных солнечных проектах в США благодаря собственной производственной базе First Solar, однако их уникальная конструкция не так привлекательна для сторонних переработчиков. Тонкопленочные панели не имеют рамы — а значит, и алюминия, — а рынок сегодня не предъявляет спроса на кадмий и теллур. First Solar, со своей стороны, ведет собственную программу возврата и переработки своих тонкопленочных модулей — напоминание о том, что обращение с панелями после эксплуатации может строиться по разным моделям в зависимости от химического состава панели.

Первый шаг в переработке кремниевых солнечных панелей — аккуратное удаление распределительных коробок и рам. Основная часть остатка — малоценное стекло, но чем чище и полнее удаляется стекло, тем проще добраться до более ценных компонентов.

Большая часть НИОКР переработчиков сосредоточена на удалении стекла — будь то шлифовка, механическое воздействие или какой-либо иной метод. SPR недавно завершила модернизацию на 12 млн долларов на трех своих перерабатывающих заводах — в Северной Каролине, Джорджии и Техасе, — чтобы лучше удалять стекло, не повреждая расположенные под ним кремниевые пластины и инкапсулянты.

OnePlanet, переработчик солнечных панелей, работающий недалеко от Джексонвилла, Флорида, разработал процесс, который, по словам генерального директора Андре Пухадаса, позволяет удалить 99,5% стекла модуля при чистоте стекла 99%. OnePlanet достигает этого с помощью высокоскоростного воздушного потока: мощный поток воздуха раскалывает и отделяет стекло от других компонентов.

После удаления стекла все переработчики обычно следуют одним и тем же путем — измельчают кремниевую пластину и ее соединения в мелкий порошок и пропускают его через разделение по плотности, в результате чего получаются медь и смесь серебра с кремнием. Медь для переработчиков продается легко, а рафинировочные заводы лучше справляются с разделением серебра и кремния для продажи более крупным покупателям.

«Вывести [рафинирование] на собственные мощности не стало бы конкурентным преимуществом. Они занимаются этим в крупных масштабах для отраслей по всему миру. SPR не пытается изобретать велосипед», — сказал Хендерсон.

Однако запатентованный процесс переработки OnePlanet может привнести элемент рафинирования в саму переработку. По словам Пухадаса, чем чище удаляется стекло, тем меньше смесь серебра и кремния загрязняется битым стеклом, что позволяет довести конечный результат до 95% чистого кремния с 1% серебра — более ценного товара для рафинировочных заводов.

«Вся бизнес-философия здесь заключается в том, чтобы извлекать и восстанавливать минералы и вновь вводить их в цепочку поставок для повторного потребления, способствуя циркулярной экономике», — сказал он. «Большая часть этого — то, сколько стоимости извлекается по всей цепочке создания ценности. Этот процесс переработки очень ориентирован на высокочистый кремний. [Со временем] у нас будет достаточно кремния, чтобы он мог стать сырьем для производства кремния металлургического качества».

Взгляд в будущее

Переработчики панелей уже изучают будущие производственные тренды, чтобы понять, как эти изменения повлияют на их способность оставаться в бизнесе, — и эти тренды могут появиться раньше, чем ожидается.

Поскольку большинство кремниевых солнечных панелей, как ожидается, успешно прослужат 25 лет и более, пока еще не наблюдается массового притока выведенных из эксплуатации панелей первой крупной волны американских установок начала 2010-х годов. Однако поврежденных панелей из-за инцидентов при транспортировке и погрузке-разгрузке, неблагоприятной погоды и производственных дефектов достаточно, чтобы переработчикам уже сегодня приходилось следить за трендами завтрашнего дня. Тем не менее ожидается, что первая крупная волна стареющих панелей начнет выводиться из эксплуатации в ближайшие десятилетия, поэтому создаваемые сегодня перерабатывающие мощности и рынки сырья рассчитаны на значительно большие объемы в будущем.

Хендерсон сказал, что SPR добавила оборудование для переработки двусторонних панелей на свои площадки всего через два года после запуска. «Мы сразу же внедряем новые технологии в наш поток», — отметил он.

SPR содержит в штате специализированных аналитиков-исследователей, которые оперативно отслеживают производственные тренды и определяют, может ли переработчику потребоваться новая технология обработки или новые покупатели для иных составов материалов. Если в солнечных панелях будет использоваться меньше серебра, медь может подорожать, но смесь кремния и серебра может стать менее привлекательной для некоторых рафинировочных заводов. Сама переработка — простая часть; сложнее найти подходящих покупателей сырья.

«Мы начинаем видеть технологии, позволяющие не использовать серебро в солнечной панели вовсе или использовать его гораздо меньше. Если это по-прежнему технология на основе кремния, это просто изменит ее экономику», — сказал Хендерсон. «Со временем страховые расходы растут, расходы на оборудование растут, расходы на рабочую силу растут, регуляторные расходы растут. А если убрать один из компонентов, который помогает субсидировать это, вероятно, владельцы активов будут испытывать эти американские горки в отношении того, какой может быть цена переработки».

Например, тандемные перовскитно-кремниевые панели все еще новы на рынке, однако многие переработчики уже обдумывают, как их обрабатывать. Одна из проблем — использование в них свинца, которое потребует более прочных инкапсулянтов для защиты от влаги — а такие инкапсулянты труднее разрушить, чтобы добраться до ценных компонентов. Дополнительную сложность создает токсичность свинца.

«Это может стать опасным материалом, и тогда придется иметь дело с транспортировкой и полноценной утилизацией в рамках сценария опасных отходов», — сказал Пухадас. «Затем придется усиливать системы контроля выбросов и культуру безопасности. Это осуществимо, но когда начинать этим заниматься?»

В этом и заключается дилемма в сфере переработки солнечных панелей: когда пора инвестировать в новые процессы, а когда можно положиться на стабильный поток старых технологий? Именно поэтому усилия, которые можно контролировать сегодня, — улучшение удаления стекла и чистоты кремния — будут выгодны вне зависимости от любой будущей конструкции солнечных панелей.

«Это странная отрасль», — говорит Хендерсон. «Солнечные панели — это единственный вид предмета, который вы принимаете, но у него столько разных вариаций».