Recycling von Photovoltaikmodulen Verfahrensentwicklung und Probleme bei der Umsetzung

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Author: Anton Gerber
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Agenda

Recycling von Photovoltaikmodulen – Verfahrensentwicklung und Probleme bei der Umsetzung

1

Prolog

2

Technologie und Philosophie

3

Ergebnisse

Prolog - Photovoltaikmodule werden irgendwann zu Abfall! MegaWatt

Studie zur Abfallprognose von PV Schrott für Europa EC DG ENV Report, Bio Intelligence Service, 2011 40 Millionen t

30 Millionen t

20 Millionen t

10 Millionen t

neue PV Module WEEE

Prolog - Photovoltaikmodule werden jetzt schon zu Abfall! [t]

Reiling 2012

Quelle: CERES 2013, PV module waste in Europe

Ausgangssituation

Wir müssen zwischen c-Silizium und Dünnschichttechnologien unterscheiden.

Si, Al, Ag, Cd, Te, In, Ge, Mo, Ga, Cu, Se, Zn

Die Dünnschichttechnologien verwenden eine Reihe seltener Metalle mit strategischer Bedeutung: Chalcopyrite oder I-III-VI2 CIS – Typen: CIGS – Typ:

CuInS2, CuInSe2 Cu(InGa)Se2

II-VI Verbindungshalbleiter: CdTe

Abfall aus der Dünnschicht-PV-Produktion

III-V Verbindungshalbleiter: GaAs

Diese speziellen Materialien kann man mit rein physikalischen Methoden nicht recyceln! Aber ein chemischer Ansatz löst das Problem.

Herausforderung (am Beispiel CIS Dünnschicht Photovoltaik)

Die Dicke eines Haares beträgt ca. 0,1 mm.

Glass

plastic

metals

Die Stärke der aktiven Schichten einer CIS-Solarzelle beträgt ca. 0,004mm.

CIS – Typ (Quelle: Sulfurcell)

100% Abfall 15 g bis 30 g einer aktiven Schicht auf 1 m2

Philosophie (am Beispiel CIGS Dünnschicht Photovoltaik) von 1% zu 100% !

+

+

Glass

plastic

metals

100% Abfall

Aber:

EU

glass

100% cullet

WEEE 2 Richtlinie

plastic

In

100% Kunststoff

D

Cu

Ga

Se

Mo

Metall -Konzentrat

Sammelgruppe B2C - ElektroG

Recycling von PV Modulen – state of the art (Quelle: 28th PVSEC Paris, PV CYCLE, Maltha process)

1. Vorbehandlung – Demontage Rahmen und Anschlussbox 2. Schreddern und Sortieren

Um die Halbleitermaterialien naßchemisch zu behandeln, ist das Öffnen der “Sandwichstruktur” notwendig Vorbehandlung

öffnen

Hydrometallurgische Behandlung Front Glas

Rück Glas Auflösen aller Metalle und Metallverbindungen

Auflösen aller Metalle und Metallverbindungen Cd

330 mg/l

Cu

3.600 mg/l

Mo

9.000 mg/l

Se

13.000 mg/l

In

5.400 mg/l

Ga

1.400 mg/l

Ergebnis: Entmetallisiertes Frontglas, Rückglas mit Laminat und eine polymetallische Lösung

Methylsulfonsäure (MSA) – eine neue Schlüsselverbindung für Recyclingprozesse • Bemerkenswert hohe Löslichkeiten verschiedener Metallsalze (Tab. unten) • nicht oxidierend • einfacher Umgang • hohe thermische Stabilität • niedriger Dampfdruck Methanesulfonate

Chloride

Sulfate

Ag+

713 g/l

0 g/l

9 g/l

Pb2+

1075 g/l

9 g/l

0 g/l

• biologisch abbaubar Beispiele für die Sättigungskonzentrationen in Wasser bei 23°C

Eigene Aufbereitung der polymetallischen Lösung und Produktion von reinen Produkten ? Chalcopyrite or I-III-VI2 CIS – type: REACH, Abfallrecht CuInS2, CuInSe2 CIGS – type:

Cu(InGa)Se2

II-VI compound semiconductor: CdTe III-V compound semiconductor: GaAs

These chemicals can not be physically separated! But a chemical approach can! 2/A8

Wertschöpfung

Falls notwendig, kann die Folie entfernt werden: Ergebnis: zwei verschiedene Glasqualitäten und sauberer Kunststoff

Ergebnisse der Glasanalysen

Labor Pilkington, Werk Gladbeck

„Der Einsatz des Materials sowohl für die Behälterglas- als auch für die Flachglasproduktion ist ohne Probleme möglich!“ Flachglasproduktion:

Photovoltaik-Hersteller:

300 – 1000 t Glas / Tag

100MW – 1GW/Jahr 2000 – 20.000 m2 / Tag 200 – 300 t Glas / Tag

Potential: 60 – 200 t cullet / Tag

Recycling ?

Beispiel für das wirtschaftliche Potential des PV Abfalls

Beispiel für 25.000 kg CIGS Photovoltaik - Produktionsabfall

Cu

410 mg/l

∑ = 1,435 kg

ca. 15$

Mo

2.100 mg/l

∑ = 7,350 kg

ca. 170$

Se

1.200 mg/l

∑ = 4,200 kg

ca. 350$

In

570 mg/l

∑ = 1,995 kg

ca. 1100$

Ga

150 mg/l

∑ = 0,525 kg

ca. 110$

1745$ Metallwert stecken in 25t 1250€ können für 25t Glas erzielt werden

bzw. 698.000$ in 10.000t bzw. 500.000€ für 10.000t

MSA ist nicht nur für das Dünnschicht-Recyling geeignet: Organosulfon-Verbindungen sind für uns ein neues chemisches Transportsystem für wertvolle Metalle

Beispiel für Silber:

0% …2% Ag

75% Ag 100% AgCl

Anwendung der Ergebnisse auf c-Si-Abfall und Ausnutzung von Synergien:

Anwendung hausinterner Prozesse:

Aluminiumchloridlösung

Al … 0% – 10% … 0% …2% Ag Ag

+ Al + Wasser

Al

Poly-AluminiumHydroxydchlorid (PAC) für die Wasserbehandlung

Als Ergebnis resultiert entmetallisiertes Silizium: • Waschen und Trocknen • Suche nach Verwertungswegen • Schmelzverhalten

Vielen Dank Für Ihre Aufmerksamkeit !

Dr. Wolfram Palitzsch, Loser Chemie GmbH, 08134 Langenweißbach, Bahnhofstraße 10

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