6. SOLUZIONI DI RICICLAGGIO DI ALTO VALORE
6.3 IL PROGETTO RESOLVED
Nell’ambito del progetto RESOLVED (Recovery of Solar Valuable Materials, Enrichment and Deconta mination), finanziato dall’Unione Europea, è stata valutata e dimostrata la fattibilità e la sostenibilità, su scala di laboratorio, di una strategia di riciclaggio per i moduli a l CIS e al CdTe, basata prevalente mente su process i meccanici di tipo “ad umido” [Resolved, 2008] (s i veda figura 9).
Ad oggi infatti il riciclaggio dei moduli a film sottile, se mpre se effettuato, avviene principalmente mediante l’ uso di process i chimici, come ad esempio quelli di First Solar.
Figura 9 - Duplice strategia di riciclaggio dei moduli a film sottile sviluppata nell’ambito del progetto RESOLVED
Il tratta mento meccanico ad umido dei moduli giunti alla fine della loro vita utile, s viluppato dal progetto R ESOLVED, può pertanto rappresentare un nuovo ed alternativo approccio al riciclaggio caratterizzato da un uso minimo di composti chimici.
La soluzione proposta cons iste in una strategia a ciclo chius o a due vie: quella di s inis tra può essere impiegata per il riciclaggio de i moduli «end of life» intatti (vetro di protezione non danneggiato) nonché degli scarti di produzione (s i tratta in genere di una sorta d i sub-assemblati costituiti da uno strato di vetro rivestito da una serie di strati metallici sovrappos ti fra cui quello dei mat eriali fotoattivi); mentre quella di destra può essere utilizzata s ia per il riciclaggio dei moduli danneggiati che di quelli intatti.
Riciclaggio moduli «end of life » intatti (percors o antiorario A):
A1-Trattamento termico (ther mal dis mantling): i moduli s ubiscono un pretratta mento di tipo termico al fine di poterli disassemblare. Durante questa fase che prevede il raggiungimento di temperature comprese in un range di 450-500 °C, lo strato incaps ulante di EVA viene distrutto favorendo cos ì la separazione del modulo in due singole lastre di vetro.
Si nota che nel caso dei moduli al CdTe, lo strato di rivestimento fotoattivo s i trova depos itato s ul vetro di copertura anteriore, mentre nei moduli al CIS esso s i trova depos itato s ul vetro di copertura posteriore.
A questo punto la lastra di vetro rives tita dai materiali fotoattivi e dai vari strati metallici che formano i contatti elettrici viene separata dall’altra lastra ed inviata alla fase s uccess iva, mentre la la mina di vetro priva di rives timenti viene deconta minata e inviata al riciclaggio tradizionale del vetro.
Ovvia mente nel caso dei sottoassemblati, il trattamento ter mico no n occorre vis to che non è stato effettuato alcun incaps ula mento con lo strato di EVA.
A2-Recupero materiali di elevato val ore (vacuum blas ting): la las tra di vetro rivestita dallo strato di materiale semiconduttore e dagli altri strati metallici è sottoposta ad un processo di sabbiatura a recupero con getto “in depress ione” (vacuum blasting).
La potenza di questo getto è molto più bassa rispetto a quella del getto ottenuto con il class ico s is tema “a press ione” dato che l’abras ivo arriva s ulla s uperficie da trattare as pirato da una depress ione e non spinto da una forte press ione. Di conseguenza tale tecnica ris ulta più “delicata” e quindi più adatta per trattare il vetro. Grazie all’azione di speciali materiali abras ivi, il fil m semiconduttore e gli altri strati metallici vengono rimoss i dalla superficie vetrosa, che in seguito può essere inviata al riciclaggio convenzionale de l vetro dopo aver eliminato le ultime impurità res idue.
Success ivamente le polveri fini che s i formano durante la sabbiatura, contenenti particelle di materiali fotoattivi, vetro e abras ivi, vengono evacuate mediante un aspiratore indus triale e trattate attravers o dei process i meccanici ad umido, come ad esempio la flottazione, al fine di arricchire i materiali di elevato valore (C dTe o CIS) in un preconcentrato.
Riciclaggio moduli «end of life» intatti e danneggiati (percors o orario O): questa strategia, a differenza della precedente, s i presta bene s ia ai moduli intatti che a quelli danneggiati. Infatti il trattamento, mediante processo termico e sabbiatura, di piccoli pezz i di moduli danneggiati ris ulterebbe quas i imposs ibile. Descriviamo breve mente le fas i principali del percorso orario di figura 9.
O1-Pretrattamento mediante frantumazione (crus hing): per prima cosa, i moduli, s ia quelli intatti che danneggiati, vengono frantumat i in un mulino a martelli e ridotti in pezzi di piccole dimens ioni. In questo modo s i ottiene la dis truzione della s truttura del modulo dalla
quale il film se miconduttore può essere rimosso in un s uccess ivo trattamento meccanico ad umido.
I materiali frantumati sono co mposti da fra mmenti piuttos to grossolani di fogli di EVA (che pos sono essere separati) e da pezz i di vetro di differente granulo metria, la cui s uperficie è ricoperta da uno strato di materiale semiconduttore.
O2-Recupero materiali di elevato valore (Wet -Mechanical Treatment Attrition): i materiali frantumati, precedentemente ottenuti, s ubiscono un tratta mento meccanico ad umido basato s ullo sfrutta mento di feno meni di taglio e di attrito (attrition). Quind i durante questa fase, il film semiconduttore viene rimosso dal substrato di vetro mediante un s istema di miscelazione ad elevata azione di taglio, dotato di una serie di la me rotanti (batch mixer). La separazione del materiale fotoattivo richiede infatti una certa applicazione di energia sotto forma di forze di taglio e di attrito. Dopo un s imile trattamento, i materiali fotoattivi ins ieme a delle particelle molto fini di vetro vengono rimoss i dal s ubstrato vetros o; mentre i pezzi di vetro più grossolani, adesso non più ricoperti da l film semiconduttore, possono ess ere inviati al riciclaggio. Il principale vantaggio di questa fase è che non è necessario alcun us o di composti chimici ma soltanto di acqua.
Flottazione e purificazione: gli output derivanti dai due percors i d i riciclaggio precedentemente descritti (una miscela contenente particelle fini di vetro, di materiali fotoattivi, altri materiali metallici in generale e, se è prevista la fase di sabbiatura, anche d i sostanze abras ive) vengono trattati mediante un processo d i flottazione al fine di recuperare i prezios i semiconduttori.
1-Arricchimento dei materiali di elevato valore mediante flottazione: la flottazione è un processo meccanico di tipo “ad
umido” (in presenza cioè di acqua) particolarmente impiegato nell’ industria mineraria allo scopo di concentrare i minerali.
Esso consente di separare deter minate particelle da una miscela, mediante la raccolta delle particelle stesse in s uperficie, per mezzo di bolle.
Nello specifico, tale tecnica è stata scelta al fine di separare il materiale semiconduttore dal resto della miscela (proveniente da uno dei due percors i di riciclaggio precedente mente analizzati), e quindi al fine di ottenere un pre-concentrato da inviare alla purificazione finale.
La flottazione viene effettuata rendendo la s uperficie de l semiconduttore idrofobica: in questo modo esso può ess ere assorbito dalle bolle che s i formano durante il process o e di conseguenza potrà risalire verso la s uperficie della cella di flottazione da cui emergerà della schiuma ins ieme ai prodotti della flottazione (che contengono quindi i prezios i materiali foto attivi). Le particelle fini di vetro invece (idrofile) rimangono in sospens ione nell’acqua e s i raccolgono s uccess ivamente ins ieme ai res idui di scarto s ul fondo della cella di flottazione. Infine i prodotti della flottazione contenenti i materiali di maggior valore vengono rimoss i ins ie me alla schiuma.
2-P urificazione per via idrometallurgica: poiché i semiconduttori impiegati nelle applicazioni fotovoltaiche a film sottile devono possedere un elevato grado di purezza (99,999% o 5 N), il prodotto ottenuto mediante la flottazione s ubisce un processo di leachin g caratterizzato dall’ impiego di alcuni co mpos ti acidi al fine d i recuperare i materiali fotoattivi. Si ottiene cos ì una soluzione dalla quale i materiali des iderati vengono recuperati mediante precipitazione, in modo da poterli success iva mente reintrodurre, come materia prima secondaria, nei nor mali cicli di produzione de i materiali semiconduttori per us o fotovoltaico.
Ris ultati: ovvia mente i process i di riciclaggio devono essere valutati al fine di verificare se il loro impatto s ull’ambiente è più basso rispetto a quello di altre soluzioni (ad esempio la discarica e l’ incenerimento). A tal propos ito è stato effettuato uno studio LC A relativo alle strategie s viluppate nell’a mbito del progetto RESOLVED (s i veda figura 10) senza però cons iderare la produzione dei moduli.
In particolare, lo studio ha dimostrato che il percors o di riciclaggio basato s ulla frantumazione e s ul trattamento meccanico ad umid o (colore verde) è vantaggioso in tutte le categorie di impatto cons iderate. Esso ris ulta migliore da un punto di vis ta ambientale rispetto alle opzioni dello s maltimento in discarica, dell’ incenerimento e anche rispetto alla strategia di riciclaggio basata s ul trattamento ter mico. Tale approc cio infatti (colore rosso), ris ulta s vantaggioso per quanto riguarda le categorie di impatto de l riscaldamento globale, dell’esaurimento dello strato di ozono e del cons umo delle fonti di energia non rinnovabili, per via dell’elevato cons umo di energia che lo caratterizza. Inoltre, l’ impiego de l tellurio e dell’ indio rappresenta un motivo di preoccupazione dato che questi due ele menti sono particolar mente scars i e la domanda futura di tali materiali potrebbe s uperare l’a mmontare delle riserve
conosciute. Ne consegue ovviamente che i process i di riciclaggio ris ultano ancora più interessanti.