I trasformatori di rottami elettronici stanno sviluppando strategie affinché sempre più moduli fotovoltaici entrino nel mercato. | Hill120/Shutterstock
Per alcuni aspetti, i pannelli solari devono affrontare le stesse sfide di riciclaggio dei vecchi televisori. I costi di corretto riciclaggio sono molto elevati, il valore delle merci è limitato e contengono metalli pericolosi. Allo stesso tempo, relativamente pochi trasformatori a valle li riciclano e il mercato si oppone al riutilizzo.
'I pannelli solari sono quasi il nuovo CRT', ha affermato AJ Orben, vicepresidente di We Recycle Solar in Arizona, riferendosi al tubo a raggi catodici, che contiene vetro al piombo e viene utilizzato nei vecchi e ingombranti televisori.
Le interviste con esperti nel settore dell'elettronica e del riciclaggio dei pannelli solari hanno rivelato le sfide affrontate dall'industria dei moduli fotovoltaici (PV). I moduli fotovoltaici (PV) possono essere immagazzinati, gettati in discarica, abbandonati o messi in discarica illegalmente, proprio come i CRT in molti casi. Il successivo è lo stesso.
In parte per prevenire una potenziale cattiva gestione degli impianti di riciclaggio certificati, l’organizzazione no-profit Sustainable Electronics Recycling International (SERI) sta lavorando per aggiungere i pannelli solari al suo standard di certificazione dei rifiuti elettronici R2. Quasi 1.000 impianti di riciclaggio di prodotti elettronici in tutto il mondo hanno superato la certificazione dello standard R2.
Allo stesso tempo, sempre più pannelli solari continueranno ad entrare nella fase di demolizione. Tuttavia, data la complessità dell’elaborazione e le normative aggiuntive previste, rappresenta un’opportunità di business.
Questa è solo la punta dell'iceberg', ha affermato John Shegerian, co-fondatore e presidente esecutivo della National Electronic Processor ERI, riferendosi al numero di pannelli che la sua azienda attualmente ricicla, circa un semirimorchio a settimana. 'Questo è solo per riscaldarci in vista della partita.\
Secondo i dati del Dipartimento dell'Energia americano, circa il 95% dei pannelli attualmente venduti sono di silicio cristallino, e le celle fotovoltaiche sono costituite da semiconduttori di silicio. I pannelli solari sono progettati per resistere a questi elementi per decenni e sono costituiti da celle fotovoltaiche interconnesse incapsulate in plastica e inserite tra vetro e un foglio posteriore. Un tipico pannello ha una struttura metallica (solitamente alluminio) e fili di rame esterni.
In un articolo sul recupero delle risorse dello scorso anno, Melissa Ann Schmid di EnergyBin, una società di scambio di apparecchiature per l'energia solare, ha spiegato che i pannelli di silicio cristallino sono fatti principalmente di vetro, ma contengono anche plastica, alluminio, silicio e rame, oltre a tracce di argento, stagno e piombo. .
Le aziende di riciclaggio possono facilmente separare il telaio in alluminio e il filo di rame esterno per il riciclaggio. Tuttavia, poiché le celle fotovoltaiche sono incapsulate in uno strato di plastica di etilene vinil acetato (EVA) e legate al vetro, sono necessari processi aggiuntivi per recuperare argento, rame o silicio ad elevata purezza nei wafer di silicio.
We Recycle Solar possiede un grande impianto di riciclaggio di pannelli solari a Yuma, in Arizona. Lo stabilimento si trova in una città al confine con la California e uno stabilimento più piccolo a New York City. We Recycle Solar è stato lanciato cinque anni fa e ricicla decine di migliaia di pannelli solari ogni settimana, utilizzando materiali provenienti da case, aziende e parchi solari.
Orben ha affermato che l'azienda è il più grande riciclatore di pannelli solari negli Stati Uniti, anche se ha sottolineato che solo poche aziende riciclano tutto o quasi i materiali dei pannelli solari.
We Recycle Solar rimuove il telaio e i cavi in alluminio e distrugge i pannelli. Ha detto che la miscela frantumata viene sottoposta a trattamento chimico secondario, elettrolisi e altri processi per separare metallo, silicio e vetro, e quindi spedita ai trasformatori a valle.
ERI ha sede a Fresno, in California, e lavora pannelli solari per Redwood Materials, una start-up con sede a Carson, Nevada, che mira a recuperare metalli preziosi dalle batterie. Ad aprile, ERI ha annunciato una partnership attraverso la quale l'azienda di trasformazione invia tutte le batterie riciclate e i rifiuti triturati dei pannelli solari a Redwood Materials. Secondo il comunicato stampa dell'ERI, come parte dell'accordo, Redwood ha investito una notevole quantità di denaro in ERI.
Shegerian ha affermato che ERI lavora alla ricerca e allo sviluppo del riciclaggio dei pannelli solari da circa tre anni. Dopo aver rimosso il telaio in alluminio, ERI ha ridotto le dimensioni del pannello nel trituratore ricostruito. La fase fondamentale del processo è triturare e separare il vetro dal materiale contenente metallo evitando emissioni inutili.
Le sfere di materiale contenenti metallo risultanti vengono poi spedite a Redwood, dove l'azienda utilizza la propria tecnologia per separare metalli come rame, argento e piombo.
Un’altra azienda di rifiuti elettronici che tratta pannelli solari è Echo Environmental, che gestisce un impianto di riciclaggio e riutilizzo di 166.000 piedi quadrati a Carrollton, Texas, vicino a Dallas.
Tommy McGuire, presidente di Echo Environmental, ha affermato che i lavoratori di Echo ricevono ogni anno più di 1 milione di libbre di pannelli solari da produttori e altre aziende. Per prima cosa rimuovono il telaio in alluminio e tagliano i cavi per il riciclaggio.
Echo poi distrugge il modulo e poi utilizza un processo di fresatura per separare una porzione di vetro pulito, che viene venduto come isolante in fibra di vetro e vernice riflettente. I rimanenti materiali contenenti metalli vengono miscelati in circuiti stampati triturati provenienti da prodotti elettronici e quindi spediti alla fusione.
A complicare l’equazione della rottamazione c’è il fatto che alcuni tipi di pannelli sono considerati pericolosi a causa della loro concentrazione di metalli tossici. Il Dipartimento di Salute e Controllo Ambientale della Carolina del Sud ha prodotto una scheda informativa che elenca i diversi tipi che possono essere considerati pericolosi e sottolinea che i pannelli innocui possono essere smaltiti in una discarica per rifiuti solidi urbani.
Tra le tipologie che richiedono un trattamento speciale, le batterie a film sottile sono più rare dei pannelli in silicio cristallino. First Solar è un produttore di pannelli solari e dal 2005 implementa un programma di riciclaggio per produrre moduli di celle solari a film sottile al tellururo di cadmio. Secondo First Solar, il processo di riciclaggio prevede la triturazione e la macinazione in un mulino a martelli. Successivamente, il laminato EVA viene separato dal vetro pulito. Inoltre, aziende terze eseguono processi di precipitazione dei metalli per recuperare cadmio e tellurio.
McGuire di Echo ha affermato che, a causa dei metalli pericolosi e dei requisiti aggiuntivi di smaltimento, Echo consiglia ai propri clienti di inviare le batterie a film sottile contenenti cadmio direttamente all'impianto di riciclaggio di First Solar in Ohio.
Ha sottolineato che, in generale, i test di Echo hanno dimostrato che gli altri pannelli non sono rifiuti pericolosi. Ma devono ancora essere maneggiati con attenzione.
'I tipici moduli fotovoltaici non avranno molti effetti pericolosi, ma, analogamente ai prodotti elettronici, certamente non vogliamo che riempiano le nostre discariche,' ha detto McGuire.
Orben di We Recycle Solar ha affermato che i test della sua azienda hanno dimostrato che, ai sensi del Federal Resource Conservation and Recycling Act (RCRA), più di due terzi dei pannelli sono considerati rifiuti pericolosi a causa della loro concentrazione di piombo o argento. Secondo gli standard della California, circa il 90% degli stessi pannelli sono considerati pericolosi perché, anche se non superano il contenuto accettabile di piombo o argento, superano il limite statale per rame o zinco.
Secondo la US Environmental Protection Agency, il nostro impianto di Yuma che ricicla l’energia solare ha una licenza per i rifiuti pericolosi, secondo la quale vengono trattati lì rifiuti corrosivi, cadmio, piombo e argento.
Oltre alla considerazione dei materiali pericolosi, il riciclaggio dei pannelli solari deve affrontare anche sfide in termini di fattibilità economica.
Secondo un rapporto del marzo 2021 del National Renewable Energy Laboratory (NREL) e dell'Electric Power Research Institute, 'le tecnologie, le infrastrutture e i processi attuali relativi al riciclaggio dei moduli fotovoltaici non sono ottimizzati per un riciclaggio economicamente vantaggioso di materiali di alto valore. 'Di conseguenza, i costi di riciclaggio sono spesso compensati da metodi di smaltimento più economici e accessibili.'
Orben ha affermato che il costo di lavorazione di ciascun pannello di We Recycle Solar arriva fino a 25 dollari e vale da 2 a 4 dollari per alluminio, rame, piombo, vetro, argento e silicio. Ha affermato che gli OEM stanno già alleggerendo e utilizzando metalli di valore inferiore in una nuova generazione di prodotti più efficienti, il che è una buona notizia dal punto di vista dei produttori e dei consumatori, ma non per i riciclatori.
Allo stesso tempo, Orben non prevede che i costi di lavorazione diminuiranno significativamente in futuro a causa delle economie di scala. Molti costi saranno ancora legati alla manodopera e si prevede che la manodopera diventerà solo più costosa.
Ha sottolineato che quando l’alternativa è il trattamento dei rifiuti pericolosi, ci sono ancora incentivi economici affinché i produttori di rifiuti paghino per i pannelli di riciclaggio, ma quando saranno disponibili discariche per rifiuti solidi urbani più economiche, questo effetto scomparirà.
Inoltre Orben ha sottolineato che non tutti i collezionisti comprendono gli aspetti economici di una corretta gestione dei materiali, il che ha creato pressioni sui costi fin dall'inizio.
We Recycle Solar riceve spesso chiamate da stazioni di trasferimento, discariche e altri riciclatori che accettano pannelli solari gratuitamente o a basso prezzo (ad esempio, 10 centesimi per libbra) perché pensano che contengano molto materiale prezioso.
McGuire di Echo Environmental ha aggiunto che il valore commerciale dei pannelli solari si riflette principalmente nel telaio in alluminio e che anche i prodotti in filo metallico e vetro pulito generano una certa quantità di reddito.
Il processo di Echo di miscelazione del materiale delle celle fotovoltaiche triturate con i rifiuti dei circuiti stampati triturati spediti a una fonderia riduce il valore della miscela dei circuiti di pochi centesimi per libbra, ma questa pratica tiene anche il materiale lontano dalle discariche e consente il riciclaggio. Anche i metalli compensano la domanda per i flussi delle fonderie, ha detto.
Shegerian dell'ERI ha sottolineato che per ora, l'impianto di Fresno della sua azienda è l'unico impianto dell'ERI che tratta pannelli solari. Ma le altre strutture ERI in tutto il paese ricevono ogni giorno chiamate sul riciclaggio dei pannelli solari.
'Le opportunità sono enormi, ma farlo nel modo giusto costerà un sacco di soldi', ha detto Shegerian.
I pannelli solari sono progettati per generare elettricità per decenni, quindi rivendere i pannelli usati può essere la migliore opzione economica ed ecologica, e questo scambio avviene.
Allo stesso tempo, i trasformatori hanno affermato che anche alcune forze di mercato e di politica fiscale sono contrarie al riutilizzo.
McGuire ha affermato che Echo ha la capacità di testare la produzione di energia dei pannelli usati in modo che possano essere rivenduti. Ha affermato che ciò è efficace per i moduli di valore più elevato e ha sottolineato che esistono mercati internazionali per i moduli di seconda mano così come per progetti nazionali una tantum.
Ma ha sottolineato che i pannelli che non hanno superato il controllo di qualità del produttore non possono essere rivenduti. McGuire ha affermato che quando gli appaltatori eseguono lo smontaggio e l'aggregazione e spediscono i pannelli solari a Echo, ciò che di solito arriva è che i diversi tipi di pannelli non corrispondono, rendendo difficile mantenere un inventario coerente.
Inoltre, il ritmo dell’innovazione dei pannelli ostacola la rivendita, perché il prezzo dei nuovi pannelli diminuisce all’aumentare dell’efficienza. Secondo i dati della US Energy Information Administration, il valore medio dei moduli fotovoltaici spediti nel 2019 (l’anno più recente per cui sono disponibili dati) è stato di 41 centesimi per watt di potenza di picco generata. Dieci anni fa, la media era di 2,79 dollari per watt di picco.
Ricicliamo l'energia solare e rivendiamo apparecchiature solari. Ma Orben paragona questo problema anche a un problema che devono affrontare alcuni settori del mercato dell'elettronica. 'Possedere un pannello ancora in produzione 15 anni fa è come possedere il Pentium 3 di oggi', ha affermato Orben.
Ciò che ostacola ulteriormente il mercato secondario è la politica fiscale degli Stati Uniti. McGuire ha sottolineato che il governo federale prevede crediti d'imposta per i proprietari di case che installano nuovi impianti fotovoltaici: entro il 2021 il credito sarà pari al 26% del costo dell'impianto.
'L'ambiente competitivo è davvero squilibrato, perché non è possibile ottenere crediti d'imposta sui moduli di seconda mano', ha affermato McGuire.
Secondo i dati della US Energy Information Administration, le spedizioni di nuovi pannelli sono aumentate notevolmente negli ultimi 15 anni. Nel 2019, le spedizioni di moduli fotovoltaici sono state sufficienti a generare più di 16 milioni di kilowatt di potenza di picco, un aumento di quasi 14 volte rispetto alle spedizioni di dieci anni fa.
A causa dei miglioramenti prestazionali e della riduzione dei costi dei nuovi pannelli, molti di essi verranno smantellati prima della fine della loro vita utile (Shegerian dell'ERI ha affermato che, poiché il ritorno sull'investimento è così convincente, i produttori di energia potrebbero sostituirli in cinque anni o meno ).
Un rapporto dell’Agenzia internazionale per le energie rinnovabili (IRENA) e del Programma del sistema di generazione di energia fotovoltaica dell’Agenzia internazionale per l’energia (IEA-PVPS) stima che entro il 2050, la quantità cumulativa globale di rifiuti di pannelli fotovoltaici raggiungerà i 60-78 milioni di tonnellate. Oltre circa 43.500-250.000 tonnellate nel 2016.
Il rapporto chiede l'adozione di misure come le normative sui rifiuti specifiche per il fotovoltaico. In parte è già successo. Ad esempio, l’Europa ha approvato leggi che obbligano i produttori di pannelli solari a finanziare la raccolta e il riciclaggio dei loro prodotti.
Nel 2017, lo Stato di Washington è diventato il primo ad approvare un disegno di legge che istituisce un programma di responsabilità estesa del produttore (EPR) per i pannelli solari. A partire da luglio 2023, la legge imporrà ai produttori di fornire fondi per la raccolta e il riciclaggio dei pannelli.
