Солнечные панели считаются одним из ключевых инструментов перехода к чистой энергетике. Они позволяют получать электричество из солнечного света без выбросов углекислого газа во время работы, поэтому активно используются на крышах домов, промышленных объектах и крупных солнечных электростанциях.
Однако по мере развития солнечной энергетики ученые обращают внимание на новую проблему — что делать с панелями после завершения их срока службы. Миллионы установленных сегодня модулей в ближайшие десятилетия потребуют замены, и вопрос их переработки становится все более актуальным.
По оценкам специалистов, к 2050 году объем отходов от солнечных панелей в мире может превысить 80 миллионов метрических тонн. Если не создать эффективную систему переработки, значительная часть этих материалов может оказаться на полигонах, несмотря на то, что многие компоненты панелей имеют высокую ценность и могут использоваться повторно.
Исследователи из Инженерной школы Тандон Нью-Йоркского университета считают, что переработка должна стать неотъемлемой частью развития солнечной энергетики. В своей работе, опубликованной в журнале Chem Circularity, ученые изучили способы более эффективного извлечения ценных материалов из отслуживших солнечных модулей.
Сегодня большинство перерабатывающих предприятий извлекают только те компоненты, которые проще всего отделить: алюминиевые рамы, стекло и медные элементы. Эти материалы действительно имеют экономическую ценность, однако они составляют лишь часть конструкции солнечной панели.
Внутри модулей содержатся редкие и дорогие материалы — серебро, индий, галлий, теллур и другие металлы, которые необходимы для производства солнечных элементов. Их добыча требует значительных затрат энергии и ресурсов, поэтому повторное использование может снизить нагрузку на окружающую среду и промышленность.
Одним из основных методов переработки сегодня остается пирометаллургия. Этот способ предполагает обработку материалов при очень высоких температурах, иногда близких к 2000 градусам Цельсия. Технология позволяет разделять компоненты, но требует большого количества энергии и не всегда обеспечивает качественное извлечение отдельных металлов.
Ученые рассматривают в качестве альтернативы гидрометаллургию — метод, основанный на использовании специальных химических растворов, которые позволяют выделять конкретные металлы без экстремального нагрева. Такой подход может снизить энергозатраты и сделать процесс более эффективным.
При этом специалисты отмечают, что разные виды солнечных панелей требуют разных технологий переработки. Наиболее распространенные кремниевые панели, которые занимают около 95% мирового рынка, часто требуют применения сильных кислот для извлечения серебра. Эти вещества эффективны, но требуют осторожного обращения и сложной утилизации.
Тонкопленочные солнечные элементы также содержат ценные материалы, однако их переработка может быть связана с использованием агрессивных химических реагентов.
Перспективным направлением ученые называют перовскитные солнечные элементы — новую технологию, которая активно изучается благодаря высокой эффективности и потенциально более низкой стоимости производства. Одним из преимуществ таких панелей может стать более простая переработка.
Исследования показывают, что некоторые компоненты перовскитных солнечных элементов можно извлекать с помощью относительно простых процессов. Например, содержащийся в них свинец в определенных условиях может быть отделен с использованием горячей воды, после чего при охлаждении раствора образуются кристаллы, пригодные для повторного применения.
Специалисты считают, что будущее солнечной энергетики зависит не только от повышения эффективности самих панелей, но и от того, насколько легко их будет перерабатывать после окончания срока службы. Уже на этапе проектирования производителям необходимо учитывать возможность разборки модулей и повторного использования содержащихся в них материалов.
