Necessità e vantaggi derivabili dal trattamento dei moduli

Negli ultimi anni, fra le tematiche più discusse nell’ambito delle energie rinnovabili, è emersa la questione del recupero e del riciclo dei pannelli solari. Infatti il fotovoltaico opportunamente trattato a fine vita può portare un grande beneficio. Esso diviene sorgente di materie prime-seconde, sfruttabili in nuovi prodotti, e allo stesso tempo riduce le emissioni di CO2 nell’aria e il consumo energetico.

In termini di funzionamento, la durata media di un modulo è stimabile a 25 anni, trascorsi i quali la diminuzione delle prestazioni è tale da rendere necessaria la sostituzione e lo smaltimento del pannello. La quantità dei rifiuti generati risulta proporzionale alla crescita della potenza fotovoltaica installata. Le recenti stime in letteratura scientifica indicano una valore di circa 80 kg per ogni kW realizzato. Sulla base di questa equivalenza e assumendo un intervallo di funzionamento di 25 anni, è stato possibile identificare la quantità cumulata di rifiuti fotovoltaici che l’Italia si ritroverà a dover gestire nei prossimi anni.

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Siccome la principale espansione della base fotovoltaica installata è avvenuta tra il 2010 e il 2012 si può desumere che il problema dei rifiuti derivabili si avvertirà solo tra molti anni, attorno al 2035, quando la quantità cumulata avrà raggiunti quasi 1,5 milioni di tonnellate. Osservando la provenienza geografica, solamente meno del 10% del totale installato risulta di produzione nazionale, mentre il 50% corrisponde a modelli europei e la parte restante cinese.

Sulla base di questi dati si può ragionevolmente desumere l’importanza di predisporre per i pannelli esauriti opportuni processi di riciclo, tali da non provocare danni all’ambiente. Infatti, nel caso si prevedesse il loro deposito in discarica le sostanze pericolose in essi contenuti rischierebbero di infiltrarsi nelle falde acquifere sotterranee (provocando la loro contaminazione), mentre se venisse contemplato come soluzione l’inceneritore si provocherebbe uno sprigionamento in atmosfera di fumi e polveri tossiche. Per ovviare a tali fattori di inquinamento recenti studi si sono focalizzati sulla modalità di recupero e riciclo dei rifiuti fotovoltaici, in modo che possano costituire materiali utili anche quando concludono il loro ciclo di vita.

Essenzialmente un modulo è composto dal 80-90% di vetro, dal 10% di plastica o metalli e da una bassa percentuale di semiconduttori. Ognuno di questi elementi risulta riciclabile da un minimo del 60% (come argento, gallio, ecc.) fino ad un massimo del 100% (ad esempio l’alluminio). Nel suo complesso un pannello solare individua quindi la presenza di varie tipologie di componenti, ciascuno dei quali necessita di una differente opera di bonifica e smaltimento. In base a tale valutazione, appare necessario applicare al pannello un processo preventivo di separazione di ogni categoria di materiale. Tutti i componenti ricavabili possono risultare molto utili anche nel momento in cui diventano rifiuti. Infatti il loro ciclo di vita non coincide con quello dei dispositivi fotovoltaici nei quali sono incorporati e pertanto, se riciclati in modo opportuno, sono riutilizzabili per la realizzazione di nuovi moduli o altri prodotti. Per poter valutare l’impatto relativo allo smaltimento dei pannelli risulta conveniente considerare la struttura dei singoli prodotti, la quale è costituiti da più strati di materiale diverso. Solitamente un pannello fotovoltaico incorpora un vetro temperato, molto robusto e in grado di sostenere urti e pressioni elevate. Lo strato successivo è invece occupato dalle singole celle fotovoltaiche, abbinate a due substrati di materiali

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sintetico identificato come EVA (Etilene Vinil-Acetato). Le celle e il composto EVA sono legati al vetro tramite un processo di laminazione, necessario ad assicurare un’elevata protezione alla componentistica elettrica. In aggiunta è presente un livello costituito da una pellicola di PVF (Poly Vinyl Fuoride), il quale opera una congiunzione con la precedente struttura EVA e garantisce una forte resistenza all’invecchiamento. Il pannello risulta completato mediante l’inserimento di una cornice in metallo e la scatola di giunzione con i relativi cavi.

Come abbiamo appena illustrato, ogni modulo comprende differenti tipi di materiali, aggregati fra loro attraverso diversi processi di lavorazione. Di conseguenza, prima di essere inviato allo smaltimento, il pannello deve essere disassemblato nei suoi diversi componenti. La parte vetrosa atta a protegge il modulo può essere sganciata dalle celle, mentre il profilo metallico deve essere tagliato e rimosso, avendo cura di eliminare tutte le guarnizione in mastice precedentemente applicate. I cavi e la scatola di giunzione sono asportati in modo tale da poter essere reimpiegati all’interno dei processi lavorativi. Per lo strato di EVA sono previsti trattamenti specifici, che seguono criteri analoghi a quelli dei pannelli in plastica resistenti ai liquidi.

Lo smaltimento del silicio viene assimilato a quello dei circuiti elettronici presenti in altri dispositivi, quali personal computer. Questo materiale possiede il vantaggio di non subire con il tempo la diminuzione della propria capacità ricettiva dell’irraggiamento luminoso. Le cause del decadimento nelle prestazioni di un modulo fotovoltaico sono invece da attribuirsi all’usura dei componenti elettronici e nell’ossidazione dei contatti. Per questo motivo i pannelli possono essere riciclati e resi nuovamente operativi da aziende specializzate. Nonostante la maggior parte dei componenti utilizzati sia costituito da materiale inerte, in alcune generazioni di

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pannelli fotovoltaici individuiamo la presenza di sostanze pericolose (come tellururo di cadmio), per le quali risulta necessario avviare specifiche procedure tramite partner qualificati.

Per quello che riguarda i moduli cristallini è dunque possibile operare il riciclaggio del silicio, mentre per gli altri elementi è previsto un percorso dedicato da seguire, come accade per l’alluminio e il vetro (che viene nuovamente fuso). Il rame presente nei cablaggi può essere recuperato in modo tale da essere inserito nel ciclo delle materie prime-seconde. I moduli a film sottile non contengono invece elevati componenti di silicio e da questi risulta quindi unicamente possibile recuperare i supporti metallici e il rame mediante processi di separazione.

Per il momento non sono stati riscontrati evidenze di danni alla salute derivanti dai pannelli giunti a fine vita e numerosi test li hanno classificati come rifiuti non nocivi. I moduli fotovoltaici vengono realizzati con le più diffuse tecnologie di costruzione e le frazioni di materiali ricavabili da un corretto processo di riciclo appaiono molto interessanti. Considerando un modulo di 22,4 kg, esso contiene approssimativamente 17 kg di vetro, 2,5 kg di alluminio e altri quantitativi di rame e argento. È possibile quindi osservare che i moduli sono composti da materiali ad alto valore, i quali possono essere rilavorati e riutilizzati per creare nuovi prodotti e materie prime, ottenendo indubbi vantaggi economici. Il vetro ricavati dai pannelli viene miscelato con scarti di altra provenienza ed essere in questo modo impiegato in fibre di vetro, prodotti per l’isolamento o imballi. I metalli, il silicio e la plastica possono invece essere riutilizzati per la produzione di nuove materie prime.

Nonostante l’esistenza di differenti tipologie costruttive, i pannelli fotovoltaici sono dunque assemblati ricorrendo a materie prime potenzialmente riutilizzabili nel ciclo produttivo. Per questa ragione appare fondamentale che i moduli vengano correttamente smaltiti mediante idonei sistemi di tracciabilità e l’invio dei materiali di cui sono composti alle distinte filiere di riciclo. Grazie alle innovazioni tecnologiche verificatosi negli ultimi anni, sono recuperabili fino al 95% dei vari materiali semiconduttori o vetro, così come vaste quantità di metalli ferrosi e non ferrosi. In ogni caso non tutto può risultare economicamente vantaggioso, come ad esempio il vetro, il quale richiede maggiori costi di lavorazione.

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Occorre porre in evidenza come la carenza di disponibilità di alcune sostanze può limitare la crescita del settore e provocarne l’aumento dei prezzi. Nello scenario italiano solo il 2% di silicio risulta di produzione italiana, mentre la percentuale rimanente è di importazione dai grandi produttori internazionali. Anche in questa situazione l’applicazione del riciclaggio ai pannelli esausti può costituire un forte supporto, favorendo lo sviluppo economico del mercato fotovoltaico e garantendo il mantenimento dei costi a un livello contenuto. Oltre al silicio, vetro e alluminio, infatti, permette anche il recupero di elementi a rischio esaurimento a causa della loro richiesta esponenziale, come indio, gallio e selenide. Al termine del suo ciclo di vita il fotovoltaico è dunque in grado di restituire all’ambiente materie utili e preziose.

Si è già compreso che qualsiasi sistema di riciclaggio sviluppato deve essere in grado di trattare una vasta gamma di componenti diversi. A tale scopo è necessario integrare il riciclaggio nella realizzazione delle future tipologie di pannelli. A titolo d’esempio, sta iniziando a diffondersi l’impiego di moduli privi di cornice, i quali eliminano la presenza del telaio in alluminio previsto nei modelli precedenti.

Anche se attualmente il riciclaggio appare ancora un’attività di ardua praticabilità, in futuro diverrà una vera e propria necessità a causa dell’enorme flusso di rifiuti che sarà generato. Nel corso del tempo verranno quindi individuati standard di riciclaggio sempre più elevati, con servizi offerti da enti certificati e controllati. La progettazione e produzione di moduli fotovoltaici più facilmente smaltibili risulta già ora incentivata dalla responsabilità che il produttore deve dimostrare verso l’impatto dell’intero ciclo di vita dei suoi prodotti. Alcuni osservatori ritengono che il riciclaggio dei moduli risulti già oggi un processo economicamente e tecnicamente fattibile.

Con il tempo sono nati diversi organi che operano la valutazione dell’impatto e dei costi legati allo smaltimento dei pannelli e permettono l’aggregazione delle aziende produttrici. Fra questi spicca il consorzio no-profit PV Cycle, il quale, attraverso il rispetto delle normative europee vigenti, si impegna a sostenere uno sviluppo sostenibile e “doppiamente verde” del fotovoltaico. L’obiettivo perseguito coincide con la volontà di assicurare un corretto processo di smaltimento dei moduli tramite un percorso economicamente interessante e facilmente attuabile. A livello italiano sta

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svolgendo un’operazione di formazione delle aziende, esponendo il processo di recupero e articolando il sistema di raccolta.

I principali produttori, importatori e rivenditori si sono quindi riuniti in varie associazioni e centri di ricerca del settore fotovoltaico e, mediante l’appoggio di PV Cycle, si impegnano a introdurre una gestione complessiva dei rifiuti realizzata con una politica di ritiro e riciclaggio volontario.