RECENTI SVILUPPI DEL PROCESSO DI RICICLAGGIO DI DEUTSCHE SOLAR

Il processo precedentemente descr itto era nato con lo scopo d i recuperare i wafer intatti dai moduli giunti a fine vita utile ed è stato presentato per fornire un valido esempio di riciclaggio di alto valore. Nel te mpo però, esso è stato modificato in seguito all’ insorgere di alcune necess ità, senza tuttavia apportare de i cambia menti radicali. Di seguito quindi, s i cercherà di descrivere breve mente l’evoluzione verificatas i e le ragioni che ne sono state alla base.

Il trattamento termico di Deutsche Solar può recuperare una percentuale di celle intatte compres a tra lo 0 e il 98 %: la resa d i tale recupero dipende dal livello di danneggia mento del pannello, dal tipo di struttura del modulo e dalle celle fotovoltaiche utilizzate. In particolare, più è basso lo spessore delle celle e più bassa sarà la resa. Pertanto se i wafer sono spess i, essi produrranno naturalmente meno rotture e le celle potranno essere sottoposte al processo d i etching senza particolari accorgimenti; al contrario wafer molto sottili, avendo una ridotta res istenza meccanic a, presentano delle rese troppo basse (quindi non interessanti da un punto di vista econo mico) e richiedono una straordinaria attenzione durante il processo chimico (in quanto potrebbero ro mpers i) e anche da parte dei produttori di celle FV quando riproces sano i wafer recuperati. Cos ì, poiché oggi gli spessori delle celle sono molto più sottili rispetto al passato (<200µ m), l’obiettivo iniziale di recuperare i wafer intatti è stato abbandonato, essendo tale recupero diventato poco profittevole. Come già accennato infatti, nel caso di spessori particolar mente ridotti, è molto complicato evitare che le celle solar i si rompano e quindi anche poco economico.

Pertanto negli ultimi tempi l’attenzione del processo di riciclaggio s i è allontanata dal recupero dei wa fer intatti, focalizzando l’ interesse principalmente s ul recupero del s ilicio come materia prima.

Le celle rotte (che, per quanto detto in precedenza, costituiscono la frazione più cons istente rispetto a quelle intatte), una volta separate dalle altre fraz ioni di materiali che for mano il pannello (vetro, alluminio etc. etc.), vengono sottoposte, come accadeva nel caso dei wafer intatti, ad un tratta mento chimico (etching) finalizzato a rimuovere le impurità presenti dovute ai materiali che sono stati impiegati per formare il rivestimento dei wafer (metallizzazione, giunzione e rives timento antirifles so). Segue s uccess iva mente un processo di frantumazione, a valle del quale è poss ibile recuperare il silicio di grado solare in forma granulare [M üller et al., 2 008]. I l silicio cos ì recuperato sarà poi utilizzato come materia prima secondaria nel processo di crescita dei lingotti.

Quindi s i può affer mare che, nonostante il cambiamento di obiettivo del processo di riciclaggio, la tecnologia impiegata rimane sostanzialmente invariata. Analogamente al caso iniziale infatti, il trattamento prevede se mpre due fas i principali: una termica necessaria e funzionale al disassemblaggio e alla separazione de i vari co mponenti dei moduli, ed una chimica per il recupero del silicio.

Per di più, come s i può osservare in figura 5, anche in ques to caso s i riscontra che i benefici derivanti dal recupero del s ilicio, del vetro e dei vari metalli in generale sono superiori ai carichi a mbientali generati dal processo d i riciclaggio. L’analis i è stata condotta s ulla base dei dati rilevati s ul campo (per quanto riguarda il processo d i riciclaggio) e s ulla base dei dati del database Ecoinvent 2007.

Pertanto il riciclaggio s i dimos tra ancora una volta una soluzione vincente in grado di ridurre l’ impatto ambientale co mpless ivo dei moduli fotovoltaici. Difatti secondo Solar World, la compagnia fotovoltaica che controlla Deutsche Solar, producendo un modulo con celle solari riciclate s i risparmia circa il 30% di energia ris pett o al nor male processo di produzione.

Figura 5 - Confronto tra benefici e carichi ambientali del processo di riciclaggio dei moduli cristallini (enfasi sul recupero del silicio come materia prima) Fonte: Müller et al., 2008

Va detto inoltre che s ignificativi miglioramenti possono essere conseguiti aumentando il livello di automazione del s iste ma di riciclaggio stesso.

Con un impianto automatizzato ad elevata efficienza energetica, ad esempio, gli impatti ambientali causati dal tratta mento ter mico potrebbero essere ridotti ad un terzo di quelli dell’ impianto pilota di Deutsche Solar [BINE infor mation service, 2010]. Il s is tema inoltre sarebbe in grado di garantire una maggiore produttività ( processo produttivo continuo), elevati tass i di recupero e una maggiore purezza dei materiali recuperati.

Un esempio è fornito proprio dal processo automatizzato s viluppato da Sunicon, un’altra s uss idiaria di SolarWorld (s i veda figura 6), il cui obiettivo è se mpre quello di recuperare il s ilicio co me materia prima.

Tale process o lo s i può cons iderare una sorta di ulteriore evoluzione dello sche ma sviluppato da Deutsche Solar ed è pronto per diventare operativo a livello industriale e per processare diverse migliaia d i tonnellate di pannelli all’anno.

Come s i può osservare dalla figura 6, i moduli fotovoltaici vengono introdotti nel s iste ma di trattamento ter mico (ad elevata efficienza energetica) mediante un s iste ma auto matico di alimentazione

(feeder). Analogamente all’ impianto pilota, durante questo stadio ha luogo la decompos izione dei materiali organici che servono principalmente a mantenere uniti i divers i strati del pannello.

La fase termica è seguita da una separazione meccanica dell e bandelle di rame e dei segmenti che formano la cornice di alluminio dal resto dei materiali. Date le loro dimens ioni infatti, quest i componenti possono essere rimoss i completa mente (percentuale di recupero 100%).

Success ivamente, una serie di trattamenti fis ici (frantumazione, separazione gravitazionale per dens ità etc. etc.) consente di rimuovere i materiali indes iderati e di separare il vetro da i fra mmenti delle celle solari rotte, le quali saranno infine sottoposte ad un ultimo trattamento chimico che serve a recuperare il s ilicio [Wa mbach et al., 2009]. Nell’ impianto pilota invece, la separazione delle celle, del vetro e delle bandelle di interconness ione avveniva manualmente e quindi ris ultava molto onerosa.

Attraverso il s is tema s viluppato da Sunicon, l’azienda s i aspetta d i riuscire a riciclare co mpless ivamente per ciascun modulo una percentuale in massa pari al 95,7% (recupero di materia).

Il rendimento di recupero comples sivo per pannello ris ulterebbe quindi notevolmente superiore a quello conseguito dall’ impianto pilota per i pannelli del generatore di C hevetogne (circa 85%).

Inoltre Sunicon stima che il s iste ma auto matizzato sarebbe in grado di ottenere un elevato grado di purezza delle s ingole frazioni d i materiali recuperate: in questo modo infatti, secondo l’ impresa, s i potrebbe recuperare il 94,3 % in pes o della frazione vetrosa (purezza 99,99975%) e il 73% della frazione di s ilicio corrispondente alle celle solari. Di questa quota, il 59% avrebbe una purezza de l 99,9999% e il restante 41% sarebbe puro al 99,995%.

Il rimanente 5,7 % della componente vetrosa andrebbe pers o nella frazione di materiali misti mentre la frazione delle celle solari che non può essere riciclata ammonterebbe al 27%. In definitiva, solo il 4,3 % in pes o del modulo, cor ris pondente alla so mma delle frazioni finiss ime e di quelle indes iderate, non verrebbe recuperato.

Si può quindi affer mare che, incrementando il livello d i auto mazione, il processo diventerebbe nel complesso più vantaggios o, non solo da un punto di vis ta e conomico ma anche e soprattutto sotto l’aspetto a mbientale, ris petto all’ impianto pilota. Quest’ ultimo infatti, nonostante contribuisca a ridurre l’ impronta ecologica dei pannelli solari, presenta un cons umo energetico superiore ( minore efficienza energetica e maggiori impatti di quello auto matizzato) e quindi anche maggiori costi. Inoltre il fatto che la separazione dei materiali avvenga manualmente contribuisce ad aumentare i costi di esercizio e limita la produttività del processo che ris ulta meno reddit izio.

Va comunque sottolineato che le tecnologie proposte, indipendente mente dal loro grado di auto mazione e dal fatto che l’obiettivo principale s ia quello di recuperare i wafer intatti o il silicio come materia prima, rientrano tutte, come è facile intu ire, nella categoria delle soluzioni di riciclaggio di elevato valore.