De mogelijkheden van recycling van zonnepanelen
Bij de productie van PV-panelen werd in het verleden weinig nagedacht over het hergebruik van de gebruikte materialen aan het einde van hun levensduur. Grondstoffen in de materialen zijn met elkaar versmolten wat het hoogwaardig recyclen van PV-panelen lastig maakt. Tegenwoordig staat circulariteit hoger op de agenda. Er zijn meerdere PV-recyclingroutes die kunnen worden gevolgd.
Afgedankte zonnepanelen worden momenteel, net als andere elektronische apparaten, beschouwd als elektronisch afval. Er moet aan de regeling afgedankte elektrische en elektronische apparatuur (AEEA) worden voldaan. Concreet betekent dit dat producenten en importeurs - dus mogelijk ook installateurs - moeten zorgen voor een inzamelsysteem dat afgedankte PV-panelen aan het einde van hun levensduur recyclet (zie kader over recyclingverplichtingen). 85% van de panelen moet worden gerecycled, gemeten naar gewicht van een paneel en aangezien dat voornamelijk wordt bepaald door het glas, scoort dat vrij hoog in recycling. Terwijl de waardevolle stoffen die vooral in de zonnecellen zélf zitten, veel moeilijker zijn te herwinnen.
Recyclefabriek
De afgelopen jaren kwam een groot deel van de afgedankte Nederlandse panelen terecht in een recyclefabriek van Veolia in Frankrijk. Deze fabriek is ingericht op de verwerking van kristallijne siliciumpanelen. Diverse materialen worden hier gescheiden en geïsoleerd, zoals paneelglas, frame, bekabeling en aansluiting. Vervolgens gaan ze naar andere industriële sectoren waar ze een nieuw leven krijgen. Zo gaat het herwonnen glas naar de glasindustrie, het frame naar een aluminiumraffinaderij, en het plastic wordt als gerecyclede brandstof in cementfabrieken toegepast. Silicium vindt een nieuwe bestemming in de metaalsector en kabels en aansluitingen worden fijngemalen en als koperschroot verkocht, zo valt op de website van Veolia te lezen. Over het herwinnen van schaarse grondstoffen, zoals zilver, wordt niet gesproken.
Nederlands initiatief
Inmiddels is ook in Nederland een initiatief gestart om zonnepanelen te recyclen. Onder andere voormalig producentencollectief WEEE Nederland in Apeldoorn, TNO en Concern voor werk (sociale werkplaats in Lelystad) hebben de schouders hier ondergezet. Geert Jan Pastoor, initiatiefnemer van het project legt uit: “Bij de nieuwe fabriek willen we de panelen na binnenkomst beoordelen op hun kwaliteit. Als ze goed genoeg zijn, wordt door middel van flashtesten het vermogen getest. Een aantal afgedankte panelen kan met een aantal aanpassingen en hernieuwde certificering wellicht een tweede leven beginnen. Refurbishen doen we al geruime tijd en de tweedehandspanelen worden afgezet in de markt.” De panelen die niet kunnen worden hergebruikt, komen in het recycleproces terecht. “Na het scheiden van paneel en frame, scheiden we de glasplaat met een speciale machine van de kunststof en de zonnecellen. Het is de bedoeling dat in een vervolgtraject een specialistische machine het glas dusdanig schoon kan maken dat het naar de verpakkingsindustrie gaat of zelfs weer in nieuwe panelen kan worden gebruikt.” TNO werkt aan onderzoek voor het scheiden van zilver en silicium op een niet chemische basis met betreffende machine. Martin Späth, PV-specialist bij TNO, legt uit: “Wil je hoogwaardig recyclen, dan moet je weer een hoog zuivere, contaminatievrije glasplaat bereiken die vrij is van encapsulanten. Dit kun je bereiken met een techniek als pyrolyse. Het proces is dus wat complexer dan dat van een eenvoudige snijmachine. Bij laagwaardig recyclen maakt het minder uit, maar wil je ze circulair kunnen inzetten, dan is een aantal extra stappen nodig.”
exasun-1700x1135_w766_h600_1.jpg)
Hoogwaardige toepassingen
Daarnaast ontwikkelt TNO een techniek om uit de zonnecellen zuiver silicium en zilver te kunnen halen, zodat het herwonnen materiaal ook voor andere hoogwaardige toepassingen kan worden gebruikt. “Hierbij valt te denken aan thermo-elementen. Hergebruik voor nieuwe zonnecellen is nog een brug te ver en de producenten van silicium zijn hier ook nog niet aan toe”, stelt Späth. Ook deze techniek is op dit moment nog niet in het recycleproces geïmplementeerd. Pastoor: “Het refurbishment-proces van keuren, controleren en doormeten hebben we al ingericht. Het recyclen gebeurt eveneens, maar nog niet zo vergaand als ons doel is. WEEE Nederland heeft vorig jaar het merendeel van alle afgedankte panelen die in Nederland beschikbaar kwamen ingezameld. We hebben deze tot op bepaalde hoogte kunnen recyclen.” Recent hebben de initiatiefnemers de ambitie bekendgemaakt om met meerdere stakeholders de recycling hoogwaardiger te maken. Pastoor: “Daar zijn we nu druk mee, om dit voor elkaar te krijgen. We verwachten dat we op niet al te lange termijn meer stappen kunnen maken om ons recyclingproces nog verder te verbeteren en hiervoor een consortium op te richten.”
Levensduur simuleren
Daarnaast wordt nog een tweede recyclingroute gevolgd. De huidige generatie zonnepanelen bevat naast moeilijk herwinbare waardevolle stoffen ook een aantal schadelijke stoffen, zoals lood. Daarom werd het idee opgevat om zonnepanelen te ontwikkelen die volledig circulair zijn. In het project Design for Recycling & Reuse (DEREC), onder leiding van Martin Späth werd een technologie ontwikkeld volgens het D4R-principe (Design for Recycling). “Een van de innovaties in het DEREC-project was een nieuwe inkapseling voor het inbedden van de zonnecellen in een zonnepaneel. Met de hechtfolie (encapsulant) kun je de zonnecellen inkapselen en maak je tegelijkertijd een hechtend verband tussen de paneelonderdelen. De nieuwe techniek heeft een geïntegreerd triggermechanisme dat kan zorgen voor materiaalscheiding aan het einde van de levensduur. De demontage is op kleinschalige testpanelen met vier zonnecellen gedemonstreerd.” De resultaten van uitvoerig testen, waaronder uitgebreide vermoeiingstesten die een levensduur van 30 jaar in de buitenlucht simuleren, bleken succesvol. Aan het gesimuleerde einde van de levensduur werd het triggermechanisme van de inkapselfolie succesvol geactiveerd. De zonnecellen werden blootgelegd, waardoor de waardevolle materialen op een niet-destructieve manier kunnen worden teruggewonnen en geen resten van de inkapselfolie op het materiaal achterblijven.
Vervolgtraject
Op basis van de resultaten werd een vervolgproject toegekend voor het opschalen van de technologie: het PARSEC-project. TNO, Exasun, DSM en MAT-TECH zijn in het vervolgtraject druk met de realisatie van een volledig recyclebaar zonnepaneel dat kan worden geïndustrialiseerd. Jan-Jaap van Os, technisch directeur van zonnepanelenproducent Exasun, legt uit: “De panelen die we ontwikkelen zijn loodvrij en pfas-vrij (pfas is een soort fluor), waardoor ze geen schadelijke stoffen bevatten. Lood wordt normaal gebruikt voor flexibele en sterke soldeerverbindingen. Een andere materiaalkeuze en een nieuwe techniek die is te vergelijken met het solderen op printplaten zorgen ervoor dat lood niet langer noodzakelijk is.”
Recyclingverplichtingen
Alle partijen die zonnepanelen en omvormers produceren of importeren en vervolgens op de Nederlandse markt zetten, moeten voldoen aan de regeling afgedankte elektrische en elektronische apparatuur (AEEA). Het maakt daarbij niet uit of je een fabrikant, importerend projectontwikkelaar, installateur of distributeur bent. In alle gevallen worden de genoemde partijen beschouwd als producent en hebben ze een producentenverantwoordelijkheid. Dit betekent dat aan een aantal verplichtingen moet worden voldaan:
- De organisatie moet zich voor de Nederlandse markt registreren.
- Het gewicht aan zonnepanelen (en andere elektronica) dat per jaar op de markt wordt gebracht, moet worden geregistreerd (Put on Market ofwel POM).
- De inzameling van het afval moet worden georganiseerd ten behoeve van de recycling. Onder afval wordt verstaan: de afgedankte zonnepanelen die men op de markt heeft gezet.
- Men moet zorgen voor een financiële regeling waarmee men borgt dat er op termijn voldoende geld beschikbaar is om het afval te recyclen.
Tot eind februari 2021 voerde PV CYCLE Nederland deze verplichtingen uit voor Nederlandse producenten en importeurs. Per 1 maart 2021 heeft Stichting Organisatie Producentenverantwoordelijkheid E-waste Nederland (OPEN) de invulling van de producentenverantwoordelijkheid overgenomen van PV CYCLE Nederland. Stichting Zonne-energie Recycling Nederland (ZRN) behartigt binnen OPEN de belangen van producenten en importeurs bij hun wettelijke recycleverplichtingen.
Bron: Brief PV CYCLE NEDERLAND: Overgang van PV CYCLE Nederland naar OPEN en de impact op uw bedrijf
Muurvast en demonteerbaar
Het moeilijkste aspect van het recyclen van de panelen is wellicht de lijmtechniek, stelt van Os. De op polymeer gebaseerde hechtfolie aan de binnenkant van de glasplaat zit doorgaans muurvast vanwege de levensduur van 30 jaar. Het is het verbindende element tussen de glasplaat en de zonnecellen. “Je wilt de glasfolie muurvast, vocht- en uv-bestendig aan het glas lijmen, zodat het onder alle weersomstandigheden blijft zitten. Maar aan het einde van de levensduur wil je het met warmte, uv of mechanisch weer uit elkaar kunnen halen. Dat is enigszins tegenstrijdig. De oplossingen die uit het DEREC-project zijn voortgekomen, zijn nu in het PARSEC-traject verder uitgewerkt en zien er veelbelovend uit.”
Tweede leven
In principe moet elke component van het nieuw ontwikkelde zonnepaneel kunnen worden herwonnen. Van Os: “Idealiter haal je aan het einde van de levensduur het paneel terug, wordt die bewerkt en kan je de glasplaat geheel hergebruiken en de cellen eruit halen. Zilver en koper zijn waardevolle grondstoffen die in de cellen zijn verwerkt. Als je de cel er als geheel uit kunt halen, wat mogelijk is met onze techniek, dan houd je silicium over. Dit is eenvoudig te ontdoen van het koper en zilver dat erin zit. Of je geeft de cel elders een tweede leven. Niet altijd is de cel de reden waarom een zonnepaneel stukgaat. Mijn verwachting is dat uiteindelijk meer dan 95 procent van het gewicht is te recyclen met deze technieken.” In 2022 zal het project zijn afgerond. “Inmiddels groeit de vraag van klanten naar dit nieuwe type, dus aan de markt zal het niet liggen. Ondertussen voeren de projectpartners gesprekken over hoe we het vervolgtraject kunnen concretiseren.”
