«Солнечный» мусор

Несмотря на пандемию и общее падение энергопотребления, объём солнечной генерации в мире вырос в прошлом году на 16%, причём, по данным Международного энергетического агентства, пятую часть всех введённых в строй фотоэлектрических панелей составили небольшие «домашние» установки. Эксперты BloombergNEF прогнозируют, что в 2021 году одни только американцы установят на свои крыши ещё около 3,6 ГВт новых фотоэлектрических (PV) панелей. У этого бурного роста есть и обратная сторона. Как подсчитали в Национальной лаборатории возобновляемой энергетики США (NREL), к 2030 году объём солнечных батарей с закончившимся сроком эксплуатации превысит 1 млн тонн, а к 2050 году – 78 млн тонн. При этом их переработка фактически не ведётся – отжившие свой срок батареи в основном просто складируют на полигонах, как особо опасные отходы или как обычное стекло. В NREL предложили комплекс мер по решению этой проблемы и привели удачные примеры того, как она решается прямо сейчас.

«Солнечный» мусор

СЭС, повреждённые ураганом «Дориан». Северная Каролина (США), 2019 г.

Дальше – хуже

Главное препятствие к переработке солнечных батарей – стоимость этой процедуры.

«Чтобы получить полезных элементов на 2$, мы должны потратить $15–25 на разбор панели», – говорит вице-президент компании We Recycle Solar Эй Джей Орбен (AJ Orben).

Согласно закону о сбережении и восстановлении ресурсов (Resource Conservation and Recovery Act), солнечные панели считаются опасными отходами, пока не будет доказано обратное. Сделать это можно с помощью теста на токсичность. Если панель проходит этот тест в специальной лаборатории, по истечении срока службы её можно отправлять на обычный мусорный полигон. Если нет – её следует доставить на специализированную фабрику или в специальный центр по переработке таких панелей. Оба варианта крайне дороги, уж точно в разы дороже, чем просто свалить всё это на городской свалке, как чаще всего и происходит. А захоронение PV-панелей на свалках обычных отходов опасно – в первую очередь из-за содержания в них токсичных веществ, в том числе свинца.

«Чем больше будет продаваться и устанавливаться солнечных панелей, тем дешевле будет их перерабатывать – просто за счёт эффекта масштаба», – уверен старший научный сотрудник NREL Гарвин Хит (Garvin Heath).

Но пока этого не случится, владельцы СЭС – как крупных, так и домашних, обязаны по закону платить за переработку этих источников генерации немалые деньги. Будут ли они это делать – большой вопрос. Основная масса производителей утверждает, что их панели прослужат около 25 лет. Учитывая, что до начала 2000-х солнечная энергетика развивалась слабо, до сих пор проблема переработки PV-элементов вызывала озабоченность лишь экспертов. В больших масштабах развитые страны столкнутся с ней в ближайшие годы.

Дикий Запад

Некоммерческая организация PV Cycle каждый год собирает по всей Европе несколько тысяч тонн «солнечных» отходов. В этот объём входят как отжившие свой срок панели, так и выведенные из строя раньше срока из-за обновления модели или разного рода дефектов и повреждений.

Европейское законодательство, в частности появившийся в 2012 году Закон об отходах электронного и электрического оборудования, возлагает обязанности по переработке на производителя. В Японии, Индии и Австралии подобные требования ещё только разрабатываются. Что же касается США, то там в этом отношении – настоящий Дикий Запад, за исключением нескольких локальных актов, в том числе принятого в штате Вашингтон закона, также обязавшего производителей позаботиться о посмертной судьбе PV-батарей, больше эта сфера никак не регламентирована.

«По нашим оценкам, лишь около 10% солнечных панелей уходят в переработку», – говорит глава компании Recycle PV Solar Сэм Вандерхуф (Sam Vanderhoof). Его компания одна из немногих в США занимается этим бизнесом. По словам г-на Вандерхуфа, все остальные панели отправляются на обычные свалки либо экспортируются в развивающиеся страны для повторного использования.

Рост возобновляемой генерации в 2018–2020 гг. Данные Международного энергетического агентства.

Проще выбросить

Но и в самой технологии переработки ещё есть куда развиваться. На обычных фабриках по переработке электронных отходов с панелями не церемонятся: снимают металлическую раму и коммутационный модуль, чтобы отделить алюминий и медь, а затем пропускают всё остальное – стекло, полимеры, кремниевые ячейки – через огромный шредер. Получается масса битого стекла с небольшой долей примесей. По оценкам специалиста по солнечной энергетике из Университета Аризоны Менга Тао (Meng Tao), за стандартную панель из 60 ячеек, а точнее за содержащиеся в ней алюминий, медь и стекло, переработчик может получить около $3. При этом Сэм Вандерхуф из Recycle PV оценивает стоимость самой переработки до $25 (если включать расходы на транспортировку). В то же время просто свалить панель на свалку, как твёрдые отходы, стоит меньше доллара.

Переработка панелей стала бы существенно выгоднее, если бы на фабриках в массовом порядке научились отделять и очищать содержащиеся в них кремний и серебро. Пока лишь несколько компаний в мире пытаются этим заниматься. Одна из них – французская Veolia, освоившая технологию отделения кремния с помощью специальных оптических сенсоров.

По словам Сэма Вандерхуфа, до недавнего времени его компания перемалывала панели в барабанно-шаровой мельнице, а затем отделяла полезные элементы, что позволяло отправить на переработку 90% материалов. Сейчас же Recycle PV получили более совершенное оборудование от европейских коллег, и доля повторно используемых материалов выросла до 95%.

Прогноз по установке новых крышных солнечных панелей в домовладениях США.

Интегрированная система переработки

Но, как показывает исследование Национальной лаборатории возобновляемой энергетики, это далеко не предел. Эксперты убеждены, что с помощью нагрева и использования определённых химикатов можно добиваться отделения кремния от стекла с высокой степенью очистки первого.

«Мы призываем переработчиков к внедрению, как мы их называем, интегрированных систем переработки с высокой ценностью, – говорит автор работы Гарвин Хит из NREL. – Высокая ценность означает, что мы хотим извлечь для переработки все ценные материалы, содержащиеся в модулях. Интегрированность означает, что переработчик панелей сам же и перерабатывает извлечённые компоненты, не передавая эту функцию другим компаниям».

Кроме того, в NREL предлагают отраслевым игрокам как следует поразмыслить над тем, чтобы перепрофилировать использованные панели, когда это возможно, учитывая, что стоимость целого изделия выше стоимости его компонентов и что повторное использование менее энергозатратно, чем переработка.

По оценкам NREL, объём рынка переработки PV-панелей может составить $60 млн к 2030 году и $2 млрд – к 2050 году. Развитие этой индустрии, помимо сбережения ресурсов и снижения нагрузки на экологию, сделает более стабильными цепочки поставок компонентов для новых панелей и снизит затраты для PV-производителей. В конечном счёте, уверены в лаборатории, всё это скажется на росте «зелёной» экономики. Но для этого государству нужно поддерживать сопутствующие научные исследования и разработки, которые позволили бы сделать панели более пригодными для восстановления, повторного использования и переработки.

Ещё один ключевой момент – изменение законодательства, точнее разработка нормативных актов, регламентирующих безопасную эксплуатацию, хранение, транспортировку, повторное использование и переработку панелей. Сегодня повторное использование в сетевом хозяйстве солнечных батарей зачастую прямо запрещено различными противопожарными, строительными, энергетическими и другими правилами. Американские законы об отходах различаются в зависимости от юрисдикции, но в любом случае предъявляют особые требования к обращению, хранению и транспортировке. К примеру, перевозка фотоэлектрических панелей регулируется правилами Министерства транспорта США в отношении опасных материалов и сопровождается строгими требованиями к упаковке и документации.

Пусть ещё поработают

Эксперты NREL предлагают при разработке новых законов в сфере обращения фотоэлектрического оборудования использовать так называемый многосторонний нормативный подход, когда ответственность за судьбу продукта распределена по всей цепочке создания стоимости. Последовательные, чётко определённые федеральные, региональные и местные нормативные акты должны стимулировать повторное использование таких приборов.

В NREL полагают, что для панелей, отслуживших своё, но не получивших повреждений и находящихся в рабочем состоянии, можно и нужно продлевать срок эксплуатации. Для этого нужны соответствующие регуляторные изменения, в том числе возможность соглашения с сетевыми и коммунальными компаниями. Ремонт солнечных панелей обходится в среднем в $500 за кВт. Если система пострадала от урагана, сумма может возрасти до $750, но в любом случае это дешевле установки новых батарей. Если же ремонт или модернизация нецелесообразны, единственным вариантом остаётся вывод из эксплуатации, но здесь нужно пересматривать налоговое законодательство, ведь зачастую энергосистемы с СЭС обладают существенными налоговыми льготами.

Признать проблему

Как отмечают в NREL, постепенно на региональном уровне в США начинают появляться нормативные акты, регулирующие обращение с PV-отходами. В Нью-Джерси и Северной Каролине законодатели предписали производителям проводить исследования и предложить варианты оптимального обращения с панелями, у которых заканчивается срок службы. В Калифорнии ввели универсальные правила обращения с отходами, регулирующие транспортировку, хранение и переработку выведенного из строя PV-оборудования. На Род-Айленде готовится к принятию целая программа, регулирующая возврат фотоэлектрических модулей.

Как отмечают эксперты, устойчивый рост переработки солнечных панелей невозможен без сопутствующей регуляторной поддержки. В NREL полагают, что для США вполне могла бы сгодиться европейская модель, в которой переработку финансируют сами производители батарей. Но для появления подобного закона американские парламентарии должны признать само существование проблемы.

«Мы должны признать тот факт, что солнечные панели время от времени выходят из строя, – говорит Сэм Вандерхуф. – Ведь что мы делаем, когда это происходит? Мы просто перекладываем ответственность на потребителя! А это в корне неверно».

«Экономика повторного использования сырья от переработанных PV-панелей вовлечёт всех участников цепочки – от собственников СЭС до инвесторов и производителей, – убеждён аналитик NREL Тэйлор Кёртис (Taylor Curtis). – Совместными усилиями индустрия может свести на нет использование в панелях вредных элементов и сделать так, чтобы управление вышедшими из строя солнечными батареями было максимально выгодным при минимуме вреда окружающей среде».


Автор: Григорий Вольф

Другие пользователи читают

Зажечь Солнце на Земле

1,3 Мегаджоуля (МДж) энергии удалось получить учёным Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (Калифорния, США) в ...

7 сентября 2021 в 15:08