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太阳能的弊端

太阳能的弊端

2019年12月10日
达斯汀·穆尔瓦尼(Dustin Mulvaney)和摩根D.

随着可再生能源的发展,废旧光伏电池板正在造成日益严重的废物问题-但回收可能是解决之道

太阳能经济继续以惊人的速度增长,全世界已经安装了超过半瓦的太阳能发电。 但是,光伏(PV)模块使用寿命结束后会发生什么? 以数十年的寿命来衡量,光伏废物的处置似乎在不久的将来会成为一个问题。 然而,该行业每年出货数百万吨,并且随着该行业的增长,这一数量将继续增加。 每年的电子废物(包括计算机,电视和移动电话)总量约为4500万吨。

相比之下,2050年的光伏废料将是这一数字的两倍。 出于对有毒物质暴露,处理成本增加以及由资金不足的地方政府管理的垃圾填埋场产能过剩的担忧,研究人员正在探索基于循环经济等概念的全球太阳能废物管理解决方案。

光伏发电仅占全球电力的1%,但已经依靠全球碲供应的40%,白银供应的15%,半导体质量的石英供应的大部分以及铟,锌,锡的较小但重要的部分和镓供应

同时,从沙子到稀有贵金属的各种需求都在继续增长。 光伏发电仅占全球电力的1%,但已经依靠全球碲供应的40%,白银供应的15%,半导体质量的石英供应的大部分以及铟,锌,锡的较小但重要的部分和镓供应。 封闭这些金属的循环并采用循环经济概念对于该行业的未来至关重要。

欧洲引领潮流
具有成功的报废产品管理记录的领先政策是扩大生产者责任(EPR)。 十年前,欧洲光伏制造商开始参与名为“ PV Cycle”的自愿性EPR系统。 2014年,当该行业受到废旧电子电气(WEEE)指令的约束时,所有制造商都必须参加EPR计划。 自2009年以来,由PV Cycle开展的EPR计划已回收了30,000吨以上的PV,并且随着收集中心的建立,带动了第二代PV组件的市场。

由于铅或镉,某些光伏组件被视为危险废物,而其他光伏模块根本不被视为危险废物。 由于无法通过目视检查确定光伏组件是否有害,因此许多人认为收集所有光伏组件更为简单

在美国,没有联邦电子废物法规来激励PV废物的收集和回收。 联邦法律只要求对根据《资源保护和回收法》归类为危险废物的光伏组件进行特殊管理。 由于铅或镉,某些光伏组件被视为危险废物,而其他光伏模块根本不被视为危险废物。 由于无法通过目视检查确定光伏组件是否有害,因此许多人认为收集所有光伏组件更为简单。

美国的州正在带头。 到2020年,希望向纽约或华盛顿市场出售产品的制造商必须参加回收和回收或EPR计划。 加利福尼亚州的几个机构(该州已安装了超过一半的光伏装机容量)最近召集了一个工作组,以评估包括EPR在内的可回收光伏电池和锂离子电池的方案。

光伏废料中的大部分价值在于铝框架,而金属浆中的银。 要获得更高价值的PV回收利用,就需要玻璃管理方面的专业知识–重量占80-90%的模块由玻璃制成

没有明确的激励措施,回收市场正在挣扎中
今天,回收光伏电池的主要挑战是在回收的材料中寻找价值,而不是收集和回收成本。 国际可再生能源机构的报告称,到2050年,回收的材料可能超过150亿美元。但是,具有成本效益的,能够进行高价值材料回收的光伏废物收集和回收系统仍然遥不可及。 光伏废料中的大部分价值在于铝框架,而金属浆中的银。 要获得更高价值的PV回收利用,就需要玻璃管理方面的专业知识-重量占80-90%的模块由玻璃制成。

如果没有污染,回收玻璃可以多次返回其最高价值。 今天的挑战是,由于锑,底片和密封胶的塑料碎片的污染,回收商无法利用PV废料制造高质量的玻璃。 关于玻璃材料的决策不仅需要创新回收技术,还需要产品设计师与废物处理者之间更好的沟通。

关于玻璃材料的决策不仅需要创新的回收技术,还需要产品设计师与废物处理者之间更好的沟通

市场信号对于吸引对回收基础设施的投资至关重要。 当多晶硅现货价格在2000年代达到峰值时,2008年的SolarWorld尝试了回收技术。 回收的硅成为其供应价格的对冲。 他们证明,仅使用100%的再生硅原料,再生的硅就可以降低制造整个PV模块所需能源的50%。 但是,该试点工厂从未扩展到他们计划的自动PV回收设施,并且由于该公司努力与新兴PV制造商竞争而被关闭。

创新和公共政策是关键
回收光伏废料将需要材料加工和逆向物流方面的创新。 已经探索了许多类型的回收过程,包括大量回收所有类型的PV废料,而不是针对特定PV技术的特定方法。 目前还不清楚收回PV的最佳机制。 如何以最少的驱动力最好地收集分布式光伏废物。 前进的最佳途径尚未确定。

回收光伏废料将需要材料加工和逆向物流方面的创新。 已经探索了许多类型的回收过程,包括将所有类型的PV废料进行批量回收,而不是针对特定PV技术的特定方法。

自愿措施可能有效,但可能还远远不够。 EPR是强制性的,因此最有效,因为它有助于避免“搭便车者”(freeriders),即那些从回收中受益但不付钱的公司。 许多太阳能倡导者对强制性EPR持否定态度,认为其在与天然气竞争时会增加该行业的成本。 一些制造商已要求制定回收法,以公平竞争。

美国国家标准国际/美国国家标准协会(National Standards International / American National Standards Institute)制定了一项可持续发展领导标准,该标准旨在奖励参与非客户资助的回收和收集计划的公司。 First Solar拥有回收设施,能够回收95%的半导体材料和几乎所有的碲。 这有助于他们满足有关镉含量的法规要求,并保证将其排除在垃圾填埋场之外,同时为投资者防范碲供应和价格波动提供对冲。

所有这些趋势都表明需要更绿色的产品设计和供应链责任,以确保可持续性。 太阳能对于解决气候变化和能源贫困至关重要。 为支持这些角色,迫切需要采用循环经济的方法来回收光伏废料和材料。

本文首次出现在《科学美国人》 网站上

达斯汀·穆尔瓦尼(Dustin Mulvaney)博士是圣何塞州立大学环境研究系的副教授。 Morgan D. Bazilian是科罗拉多矿业学院Payne研究所公共政策教授和执行董事。 他是Mines空间资源计划的附属教员,该计划刚刚开始提供空间资源方面的首个博士学位

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