IL PROCESSO DI RICICLAGGIO DI FIRST SOLAR

Firs t Solar, produttore leader di moduli al CdTe, ha sviluppato una soluzione di riciclaggio di elevato valore per la gestione «end -of- life » dei propri pannelli, basato principalmente s ull’ impiego d i metodi idro metallurgici [First Solar, 2008 e Sander et al., 2007]. Le modalità di finanziamento del progra mma di ritiro e riciclaggio dell’ impresa mirano a garantire ai propri clienti che s iano sempre disponibili dei fondi s ufficienti ad attuare il programma in quals ias i mo mento s u richiesta dell’ utente. L’azienda adotta infatti un progra mma prefinanziato in linea con la propria filosofia aziendale incentrata sulla responsabilità estesa del produ ttore: alla vendita dei moduli è associato l’accantonamento di una somma in base alle stime dei costi di ritiro e riciclaggio da s ostenere al termine del

conto di investimento gestito da un ’importante società ass icurativa internazionale e sono destinati a coprire i costi del progra mma di ritiro e riciclaggio indipendentemente dalla s ituazione finanziaria d i Firs t Solar.

In figura 7 si riporta lo schema di funziona mento dell’ impianto d i ricic laggio.

Analizziamo nel dettaglio le s ingole fas i del process o:

Ritiro: s u richiesta del cliente, First Solar fornisce i materiali d i imballaggio appropriati ed effettua il ritiro dei moduli da s maltire. Una volta giunti nello s tabilimento di riciclaggio, questi vengono caricati mediante dei carrelli elevatori all’ interno di tra mogge che alimentano una frantumatrice. Ai fini del riciclaggio va precisato che i pannelli di Firs t Solar sono privi di cornice (quindi di tipo fra meless ).

Riduzione dimens ionale: le dimens ioni dei moduli vengono ridotte mediante un processo a due stadi. Il primo stadio utilizza una frantumatrice che riduce i pannelli in pezzi piuttosto grossolani, i quali vengono poi inviati mediante un convogliatore chius o, alla fase success iva. Questa richiede un mulino a martelli che frantuma

ulterior mente la co mponente vetrosa che rappresenta la frazione principale dei frammenti dei moduli ottenuti. Le lastre di vetro infatti devono essere ridotte in schegge di piccole dimens ioni (circa 4-5 mm), in modo da garantire la rottura del vincolo creato dalla procedura di laminazione. In seguito i pezzi di modulo vengono evacuati se mpre mediante un convogliatore coperto e inviati allo stadio s uccess ivo del riciclaggio.

Al fine di controllare la for mazione e le e miss ioni di pulviscolo (polveri molto fini) in tutte le fas i del processo che non co mportano l’ utilizzo di sostanze liquide (quindi durante la riduzione dimens ionale), è previsto l’ impiego di un s is tema di aspirazione dotato di un filtro antiparticolato ad elevata efficienza (HEPA), che consente di rimuovere dall’aria le particelle solide presenti in sospens ione.

Va detto infine che, poiché la procedura s viluppata da First Solar, prevede che i pannelli s iano prima frantumati, attraverso di essa è poss ibile riciclare s ia i moduli rotti che quelli non danneggiati.

Rimozione del film semiconduttore: i frammenti vengono inseriti, per un periodo di te mpo di circa 4-6 ore, in un ta mburo di acciaio inoss idabile a rotazione lenta in cui vie ne aggiunto dell’acido solforico diluito e del peross ido di idrogeno fino a quando non s i ottiene un rapporto solido -liquido ottimale. Ha luogo in questa maniera un processo di leaching (lisciviazione) che per mette di rimuovere, mediante un attacco chimico, i film semiconduttori. Al ter mine del ciclo di leaching, la rotazione del tamburo viene invertita in modo da s vuotare il s uo contenuto.

Separazione della parte s olida da quella liquida: il contenuto de l tamburo viene versato lenta mente in un dis pos itivo separatore per procedere alla separazione delle parti in vetro da quelle liquide. La frazione solida infatti, co mposta per lo più da fra mmenti di vetro e pezzi di EVA, viene trasportata lungo un piano inclinato da una vite rotante, mentre i liquidi rimangono sul fondo del separatore per po i

essere drenati verso l’unità di precipitazione. A questo punto quindi il processo s i ramifica in due percors i distinti: uno per i liquidi ad elevato contenuto di metalli (percorso L) e l’altro per la frazione solida (pe rcorso S).

S1-Separa zione del vetro dall’EVA : il materiale vetroso viene separato, mediante un vibrovaglio, dall’ incaps ulante (EVA) utilizzato per unire le due lastre di vetro che formano il modulo. I pezzi di EVA, essendo di maggiori dimens ioni, s i muovo no lungo la parte s uperiore del vaglio grazie ad un’azione vibrante e s i raccolgono s u di un piccolo convogliatore attraverso il quale sono poi evacuati. La frazione vetrosa invece, di più piccole dimens ioni, non riesce ad attraversare la s uperficie vaglia nte e così cade verso il basso attraverso le maglie del vaglio. In ques to modo quindi è poss ibile separare il vetro che s i raccoglie sul fondo del vaglio e che può essere inviato alla fase s uccess iva di risciacquo.

S2-Risciacquatura del vetro: il vetro p roveniente dalla fase precedente viene depos itato s u di un nastro trasportatore strettamente intrecciato, che avanza lenta mente nel frattempo che il materiale veicolato è sottoposto a risciacquatura. L’acqua impiegata per il lavaggio rimuove dal vetro gli eventuali res idui di fil m semiconduttore e poi fuoriesce dalla parte inferiore del nastro. I n questa maniera, il vetro ripulito viene imballato ed inviato al riciclaggio mentre l’acqua di risciacquo viene po mpata vers o il sistema di precipitazione per il r ecupero dei metalli.

L1- Precipitazione : i liquidi con un elevato contenuto di metalli, provenienti dalla fase della separazione solido -liquida e della risciacquatura del vetro, sono pompati nel dispos itivo d i precipitazione. I composti metallici vengono cos ì sottopos ti ad un processo di precipitazione articolato in tre fas i con valori di pH crescenti.

L2-Idroestrazione : s uccess ivamente i materiali precipitati (una sorta di fanghi) vengono concentrati in una vasca di ispess imento dove i solidi vengono fatti depos itare s ul fondo mentre l’acqua chiarificata viene pompata via. Il materiale is pess ito viene in seguito pompato vers o una filtropressa che consente di eliminare l’acqua in eccesso. Infine l’agglomerato filtrato ris ultante, ad elevato contenuto metallico (cadmio e tellurio), viene imballato ed inviato ad un fornitore esterno per essere raffinato ed utilizzato per la produzione del materiale semiconduttore da impiegare nella costruzione di nuovi moduli.

In definitiva quindi attravers o il processo sv iluppato da First Solar è poss ibile recuperare il 90% in peso del vetro per la produzione d i nuovi co mponenti e il 95% del materiale semiconduttore per la fabbricazione di nuovi moduli. Ciò ris ulta particolarmente interessante in quanto il tellurio, utiliz zato per realizzare lo strato fotoattivo, è un metallo relativa mente raro il cui prezzo negli anni è cresciuto notevolmente. Poiché s i prevede che la quota di mercato dei film sottili è destinata ad aumentare rapidamente, il cons umo d i tellurio aumenterà d i conseguenza. Quindi le s oluzioni di riciclaggio di alto valore co me quella di First Solar, in grado di recuperare i materiali semiconduttori, giocheranno un ruolo cruciale nell’evitare l’esaurimento delle riserve di tellurio, nel rendere la tecnologia a film sottile basata s ul tellururo di cadmio realmente sostenibile e ne l porre fine alle preoccupazioni ambientali legate all’ impiego de l cadmio. Inoltre, senza il riciclaggio, lo sviluppo e la diffus ione di tale tecnologia potrebbe essere limitato in futuro proprio da un eventuale esaurimento delle riserve di tellurio.

Infine è stato calcolato, co me s i può vedere dal grafico di figura 8, che la soluzione s viluppata da First Solar sarebbe in grado di ridurre, grazie ai crediti a mbientali derivanti dal riciclaggio de i materiali, l’ impatto ambientale dell’ intero ciclo di vita dei moduli al CdTe del 6% (in alcune categorie di impatto anche del 10%) e

potrebbe garantire un risparmio di circa il 2% della domanda di energia primaria [Held, 2009].

L’analis i LC A è stata condotta con l’aus ilio del software Gabi 4 e usando il metodo di valutazione degli impatti CM L 2001. I dati s u cui s i basa lo studio sono quelli forniti da Firs t Solar (cioè quelli rilevai s ul campo per quanto riguarda gli impatti del processo d i riciclaggio dei moduli) e quelli del database Gabi 4 (per tutto il resto).

Gli impatti relativi alla fase di produzione dei moduli s ono stati assunti pari al 100% mentre quelli associati alla vita utile di tali dispos itivi non s ono stati cons iderati affatto, poiché s i è ipotizzato l’assenza di mis ure di manutenzione durante questo stadio del ciclo di vita (in ogni caso gli impatti ambientali della manutenzione sarebbero trascurabili rispetto a quelli della produzione dei moduli). Il grafico è stato realizzato cons iderando, oltre agli impatti ambientali del processo di fabbricazione dei moduli, anche gli impatti e i crediti a mbientali associati al processo di riciclaggio. Gli impatti a mbientali del processo di riciclaggio di Firs t Solar sono principalmente riconducibili al cons umo dei co mpos ti chimic i

Figura 8 - Studio LCA del riciclaggio di un modulo al CdTe mediante il processo di First Solar Fonte: Held, 2009

impiegati, al cons umo dell’energia elettrica necessaria a far funzionare l’ impianto, ai rifiuti liquidi prodotti dal processo che necess itano di essere trattati in un impianto di tratta mento di acq ue reflue, allo s maltimento delle polveri fini e dei filtri etc etc.

I crediti ambientali invece, co me al solito, sono riconducibili a i materiali recuperati. La frazione di EVA ad esempio può essere inviata al recupero energetico in modo da produrre energi a che andrebbe a s ostituire quella generata dalle fonti foss ili. Le materie plastiche che for mano le scatole di giunzione e l’ is olante dei cavi elettrici possono s ubire lo stesso trattamento. Il ra me dei cavi, una volta recuperato, può essere inviato al riciclaggio per produrre de l rame secondario, evitando cos ì la produzione del metallo primario che ha un impatto molto maggiore.

I rotta mi di vetro possono essere anch’ess i inviati al riciclaggio producendo divers i vantaggi a mbientali in quanto:

 I rottami sos tituiscono le materie prime tipicamente impiegate nella produzione del vetro (dolomit e, calcare etc. etc.) e ciò evita gli impatti a mbientali e il cons umo di energia primaria associati alla produzione di tali materie prime;

 il carbonio contenuto nelle mat erie prime nor malmente impiegate nella produzione del vetro è emesso s ottofor ma d i CO2 durante il processo di fus ione, quindi l’ uso dei rottami d i vetro al posto di ques te materie prime per mette di ridurre le emiss ioni di C O2;

 i rottami di vetro hanno un p unto di fus ione più basso rispetto al mix di materie prime impiegate nella produzione del vetro, quindi ne consegue un minor cons umo di energia durante il processo di fus ione.

Per di più bisognerebbe tenere conto anche del riciclaggio de i semiconduttori contenuti nell’agglo merato filtrato. Nel grafico di figura 8 però il recupero di tali materiali non è stato preso in cons iderazione per mancanza di dati rappresentativi del processo d i

Sola r. Comunque è probabile che il recupero di questi materiali possa generare ulteriori crediti ambientali, che s i andrebbero a sommare a quelli precedente mente citati, rendendo il processo di riciclaggio dei moduli al CdTe ancor più vantaggioso dal punto d i vista ambientale.