太陽光パネルのリサイクル: 課題

太陽光パネルの廃棄物は、今後 10 年間で 4000% 以上増加すると予想されています。 ソーラーパネルのリサイクル業界はこれらの量を処理する準備ができていますか? 新しいパネルの需要が急激に増加し、原材料が不足しているため、競争は続いています。

ソーラーパネルのリサイクルは本当の課題になりつつあります。 英国のネットゼロ戦略にとって不可欠な太陽エネルギーは、企業や家庭にとって永続的で持続可能な選択肢であり、急速に成長しています。

2021年、英国は新たに730MWの太陽光発電容量を追加し、全体の容量は2020年から5.3%増加して14.6GWとなり、2022年第2四半期には英国の総発電量の6.4%を太陽光発電が占めた。 ビジネス・エネルギー・産業戦略省（BEIS）は、4月のエネルギー安全保障戦略の中で、英国の太陽光発電導入量が2035年までに5倍に増加し、総量は70GW（英国の予測量の約15％）に達すると予想していることを確認した。マッキンゼーによると、電力需要（そして増加）。

新たな問題は、30年の寿命に達した太陽光パネルをどうするかということだ。 市場の成長が将来に向けて加速し続けるにつれて、太陽​​廃棄物の山も急増するでしょう。 国際再生可能エネルギー機関 (IRENA) によると、英国では今後 10 年間に 30,000 トンの太陽廃棄物が発生すると予測されています。 さらに、2030年代には、ミレニアムの太陽光パネルが低迷し始めるため、失効したパネルが急増すると予測されています。 IRENA は、太陽光パネルからの世界の廃棄物は 2030 年に 170 万トンから 800 万トンになると予測しています。

さらに、パネルの需要がバージン部品の入手可能性を上回り、原材料の供給に潜在的なボトルネックが迫っています。

太陽光パネルのリサイクル業界には、使用不能になったパネルの増加に対応し、新しい太陽光パネルの製造をサポートするために、その能力を増強する圧力が高まっています。 7月、太陽光発電産業の専門家であるサム・ヴァンダーフーフ氏は、世界的に見ても10枚に1枚の太陽光発電（PV）パネルだけがリサイクルされ、残りは最終的に埋立地に捨てられると示唆し、再びIRENAのデータを引用した。

英国国内では、ソーラー パネルは専用のカテゴリ 14 の下で電気電子機器 (EEE) として正式に分類されます。そのため、太陽光発電パネルは廃棄物 EEE (WEEE) 規制の対象となります。 それらの耐用年数は監視されており、強固なソーラーパネルのリサイクルインフラの開発はすでに進行中です。

ソーラーパネルの生産者は、生産者コンプライアンススキーム（PCS）に参加する義務があり、市場に導入されるトン数を報告し、それらのユニットの将来のリサイクルをカバーするコンプライアンスメモを取得する必要があります。 また、ユーザーや処理施設に材料の組成と正しい廃棄方法を知らせるために、製品にマークを付ける必要があります。

同時に、販売業者は使用済み製品を回収する必要があります。 太陽光発電廃棄物の回収手続きを行うか、政府承認の回収計画に貢献する必要があります。

しかし、WEEEコンプライアンス費用から資金提供されているNGO、マテリアル・フォーカスの最高責任者スコット・バトラー氏によると、太陽光パネルの回収に影響を与える独特の考慮事項がいくつかあるという。国産品ではありますが、多くの人が自分で扱えるものではありません。

「撤去には主電源の登録専門家が関与する必要があると思います…そして、彼らがこの[廃棄物]を管理する鍵となるかもしれません。彼らは廃棄物を処理する準備ができていないため、難しいかもしれませんが、専門家になるのはそれほど難しいことではありません」廃棄物運搬船です。」

バトラー氏は、現在耐用年数が終了に近づいているソーラーパネルは、製造方法のばらつきによりリサイクルが難しい可能性があると指摘しています。「リサイクルという点では、太陽光発電の課題は化学を理解することだと思います。なぜなら、特に初期段階では、さまざまな化学物質の混合が起こっています。これから出始めようとしているものはかなり古いもので、20年というのはかなり長いサイクルです。ですから、誰が何を薬にしたのかについては、埋めなければならない情報のギャップがあるのか​​もしれません。市場とそれが何なのか。」

パネルのリサイクルプロセスはソーラーパネルの構成によって異なりますが、最も一般的なのはシリコンベースです。 シリコンソーラーパネルは手頃な価格と柔軟性で知られ、2020年には市場の73.3パーセントのシェアを占めました。 薄膜が 10.4 パーセントを占め、他の材料（色素増感、濃縮太陽光発電、有機ハイブリッド）から製造されたパネルが残りの 16.3 パーセントを占めました（Chowdhury et al、2020）。

太陽光発電パネルは回収しても分解が困難です。 アルミニウムフレームとジャンクションボックスは簡単に取り外すことができます。 課題となる部分は、鉄および非鉄金属、プラスチック、半導体材料を少量含む合わせガラス板です。 処理溶液に関しては、さまざまな材料の分離技術として、熱分解、極低温分離 (凍結)、および機械的破砕が存在するため、課題は技術的なものではありません。 最大の課題は、太陽光発電パネルが包装廃棄物や寿命の短い消耗品と同様の廃棄物を発生させないことです。 したがって、主な問題は経済的な問題です。廃棄物がいつ到着するかわからない処理ラインに誰が投資するのでしょうか?

薄膜パネルには処理プロセスが含まれており、環境に配慮して化合物金属「テルル化カドミウム」を回収するにはいくつかの追加手順が必要です。 あまり人気のない選択肢ではありますが、薄膜パネルはより効率的に材料を使用し、より薄い半導体を収容し、製造時のコストと炭素を節約します。 これらのパネルは、暗い場所や「極端な」角度でより優れたパフォーマンスを発揮し、垂直面やファサードに役立ちます。

材料を回収するには、薄膜 PV パネルを細断してラミネートを除去し、その後回転スクリューで固体と液体の破片を分離します。 次に、酸と過酸化物を使用してフィルムを除去し、続いて振動で中間材料を除去し、残ったガラスと金属を分離して回収します。

現在のリサイクルの取り組みは着実に進んでいますが、現在、リサイクルに至ったソーラーパネル材料の 80 ～ 95 パーセントしか回収されていません。 これを推進するために、廃棄物管理会社 Veolia は、EIT Raw Materials から資金提供を受けて進行中のプロジェクトで、産業規模でソーラーパネルの完全リサイクルを実現するプロジェクトを主導しています。 ReProSolar は、シリコンベースの PV モジュールコンポーネントをすべて回収できるように、耐用年数が終了したパネルをリサイクルするための高効率プロセスを開発しています。

剥離技術を使用して太陽電池をガラス板から分離し、物理的および化学的プロセスにより、PV モジュールを破壊することなく、純銀やシリコンを含むすべての材料を回収します。

太陽光発電パネルから原材料を再生する新しい方法を開発している2つのテクノロジー企業であるFLAXRES GmbHとROSI Solarと提携して、このプロジェクトは年末までに産業規模での実現可能性をテストし、5,000トンの使用済み太陽光発電モジュールを回収する予定です。 2024 年にドイツの実証プラントで毎年処理されます。

完全なリサイクルプロセスを商業化することは、現在の市場の課題に対処し、パネルの需要の急増に対応するために回収された太陽光パネルコンポーネントの強力な供給を実現し、大量の太陽光パネル廃棄物に対処するための鍵となります。

需要が拡大するにつれて、高価な太陽光発電パネルのコンポーネントを回収することで、かなりの経済的利益が得られる可能性があります。 たとえば、銀はパネル重量の 0.05% を占めますが、市場価値の 14% を占めます。 他の貴重な回収可能な金属には、アルミニウム、銅、テルルなどがあります。 Rystad Energy によると、使用済みの PV パネルから回収された材料の価値は現在 1 億 7,000 万ドルですが、2030 年には 27 億ドル以上になる見込みです。

ソーラーパネルリサイクルの世界における革新に加えて、再利用を念頭に置いてパネルの設計も見直されています。 オランダ応用科学研究機構（TNO）は2021年12月、耐用年数終了を考慮して製造された新開発の「リサイクル設計」（D4R）ソーラーパネルを発表した。 パネルはテスト済みで 30 年の耐用年数があり、コンポーネントを損傷することなく簡単に分解できるように設計されています。

接着ホイルでカプセル化されたパネルは、セルとフレームを分離するための統合トリガー機構を保持します。 このプロセスは低エネルギーであり、有毒な元素は含まれません。

この研究は 2 つのプロジェクトによって行われます。1 つ目は DEREC プロジェクトです。このプロジェクトでは、D4R パネルを概念化して小規模でテストし、耐用年数をシミュレートした後、確実にきれいに解体できるようにしました。 PARSEC プロジェクトは、商業用および住宅用にこの技術をフルサイズの D4R パネルにスケールアップします。

リサイクル業者にとって現在の課題となっているのは、約 30 年前に製造されたパネルですが、D4R パネルはパネルのリサイクルを簡素化し、業界を前進させることができます。 そして、新しいパネルに加えて、コンソーシアムは、再利用のための純粋なシリコンの取得を実現するために、現在のソーラーパネルモデルのリサイクル技術を研究しています。

累積的に、これらのイノベーションは商品化に重点を置いている点で有望であることが示されていますが、廃止されたパネルの量と新しいパネルの需要の両方が増加しているため、必要な規模が満たされるかどうかについては懸念が残っています。 しかし、商業化の取り組みが順調に進み、完全に回収された材料からパネルを製造する計画が実現できれば、ソーラーパネル業界は堅調な循環経済に注目していることになる。