Verwertungsstrategien für Module zur solaren Energiegewinnung

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1 Verwertungsstrategien für Module zur solaren Energiegewinnung 3. Wissenschaftskongress Abfall- und Ressourcenwirtschaft Katharina Eckstein M.Sc. Stuttgart,

2 Agenda Einleitung Solarthermie Bauarten Abfallmengenprognose Photovoltaik Bauarten Abfallmengenprognose Aufbereitung Zusammenfassung /19

3 Einleitung Vielzahl unterschiedlicher Technologien Rasanter Ausbau durch staatliche Förderung Daher zukünftig hohe Mengen an End-of-life-Modulen Recyclingmarkt für diese Module ist noch am Anfang der Entwicklung Module enthalten wertvolle Rohstoffe /19

4 Solarthermie Bauarten Flachkollektor [1] [2] (Vakuum-)Röhrenkollektor [3] [4] /19

5 Solarthermie Abfallmengenprognose Simple Bauweise, geringe Anzahl Materialien Erwartete Abfallmenge mittelfristig vergleichsweise gering Erfassung nicht einheitlich organisiert [Quelle: Eigene Darstellung] /19

6 Photovoltaik Bauarten Photovoltaik Module aus kristallinem Silizium (c-si) Ca. 80 % Dünnschicht- Solarmodule Ca. 18 % Neue Solarzellenkonzepte Ca. 2 % Monokristalline Solarzellen Mit amorphem Silizium (a-si) Konzentrator- Solarzellen Polykristalline Solarzellen Mit Cadmiumtellurid (CdTe) Organische Solarzellen Ribbon Sheets Mit Kupfer- Indium-(Gallium)- Diselenid (CI(G)S) Farbstoff- Solarzellen [eigene Darstellung nach (5; 6; 7)] /19

7 Photovoltaik Abfallmengenprognose Eingangsparameter: Bisher Installierte Leistung [MW/Jahr] Prognose der zukünftig installierten Leistung in zwei Szenarien [MW/Jahr] Geschätzte Technologieverteilung [in %] Durchschnittliche Lebensdauer [in Jahren] Durchschnittliches Modulgewicht [in Gewicht/Leistung Peak ] /19

8 GW Photovoltaik Abfallmengenprognose Historische und prognostizierte Entwicklung des PV-Marktes in Deutschland 1998 bis , installierte Leistung jährlich Szenario 1 installierte Leistung jährlich Szenario 2 installierte Leistung kumuliert Szenario 1 installierte Leistung kumuliert Szenario 2 Ziel der Bundesregierung [Quelle: Eigene Darstellung nach (14)] 8 /19

9 Photovoltaik Abfallmengenprognose Erwartete Entwicklung der Technologieverteilung 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% kristallines Silizium Dünnschicht neue Technologien [Quelle: Eigene Darstellung nach (9)] /19

10 Anteil Anlagen in Betrieb Photovoltaik Abfallmengenprognose Ausfallkurve für PV-Module nach Technologie 110% 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Betriebsjahr Module aus kristallinem Silizium Dünnschicht-PV-Module neue Entwicklungen [Quelle: Eigene Darstellung] 10 /19

11 Mg/MWp Photovoltaik Abfallmengenprognose Entwicklung der Modulgewichte nach Technologien Verkaufsjahr Module aus kristallinem Silizium Dünnschicht-PV-Module Neue Entwicklungen [Quelle: Eigene Ermittlungen] /19

12 Photovoltaik Abfallmengenprognose Szenario [eigene Darstellung] 12 /19

13 Photovoltaik Abfallmengenprognose Szenario [eigene Darstellung] 13 /19

14 Aufbereitung von Photovoltaik-Modulen Problemstellung Vielzahl unterschiedlicher Modul-Bauarten, die teils auf verschiedenen Technologien beruhen Abmessungen Materialien Reagieren unterschiedlich auf Aufbereitungsverfahren Verfahren müssen für eine große Bandbreite unterschiedlicher Module anwendbar sein! /19

15 Aufbereitung von Photovoltaik-Modulen Verfahren in Anwendung Betreiber Input Verfahren Status Saperatec GmbH Deutsche Solar AG Solar Cycle GmbH First Solar Lobbe Loser Chemie CdTe-Module c-si-module c-si & Dünnschicht-Module Hauseigene CdTe-Module c-si und Dünnschicht-Module Dünnschicht- PV-Module Verbundtrennung und Ablösung der Halbleiter mittels Trennflüssigkeiten Therm. Verbundtrennung, mech. Aufbereitung, chem. Waferbehandlung Therm. Verbundtrennung, mech. Aufbereitung, chem. Waferbehandlung Zerkleinerung und chem. Behandlung Kryo-mechanisches Verfahren zur Verbundtrennung Zerkleinerung und chem. Behandlung Pilot Versuch, beendet Nicht umgesetzt Anwendung? Pilot, Ausbau geplant Reiling Si-Module Zerkleinerung und Sortierung Anwendung + weitere Forschungsprojekte [Quellen: (8), (9), (10), (11), (12)] /19

16 Aufbereitung von Photovoltaik-Modulen Grunderkenntnisse Es können thermische, mechanische und chemische Verfahren angewendet werden. Nur Kombinationen aus verschiedenen Verfahrensschritten sind zielführend Bei einer Rückgewinnung von seltenen Stoffen übersteigen die Erlöse aus dem Verkauf der erzeugten Fraktionen die Aufbereitungs- und Transportkosten (13) /19

17 Aufbereitung von Photovoltaik-Modulen Grunderkenntnisse Module aus kristallinem Silizium Thermische Verbundtrennung Mechanische Abtrennung von Metallen und Anreicherung der Siliziumanteile Chemische Nachbehandlung der Siliziumanteile Dünnschichtmodule (CdTe und CI(G)S) Verbundtrennung thermisch oder mechanisch Mechanische Anreicherung der Halbleitermaterialien Chemische Stufe zur Rückgewinnung der Halbleitermaterialien /19

18 Zusammenfassung Photovoltaik Erwartete Abfallmenge mittelfristig vergleichsweise hoch Erfassung durch Aufnahme von Photovoltaik in den Geltungsbereich der WEEE gesichert Pilotprojekte zeigen, dass ein hochwertiges Recycling mit spezialisierten Verfahren möglich ist Es findet bislang kaum eine großtechnische Anwendung statt es fehlen Aufbereitungskapazitäten /19

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Katharina Eckstein M.Sc. Labor für Abfallwirtschaft, Siedlungswasserwirtschaft und Umweltchemie an der FH Münster Tel.: 0251 / /19

20 Quellen (1) Bayrisches Landesamt für Umweltschutz: Photovoltaik und Solarthermie-anlagen, Aufbau, Verwendung, Verwertung und Entsorgung; Augsburg, 2003 (2) [http://www.buderus.de/ueber_uns/presse/fachpresse/solartechnik/der_optimierte_klassiker html] ( ) (3) Wesselak, Viktor; Schabbach, Thomas: Regenerative Energietechnik, Springer, Berlin/Heidelberg, 2009 (4) [http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=datei:vakuumroehrenkollektor_01.jpg&filetimestamp= ] ( ) (5) Wagemann, Hans-Günther; Eschrich, Heinz: Photovoltaik - Solarstrahlung und Halbleitereigenschaften, Solarzellenkonzepte und Aufgaben, 2. Auflage, Vieweg & Teubner, Wiesbaden, 2010 (6) BINE Informationsdienst: Themeninfo II/2011: Photovoltaik Innovationen (7) EPIA, Greenpeace: Solar generation 6; Solar photovoltaic electricity empowering the world, 2011 (8) Kernbaum, S.; Hübner, T.:Recycling von (Dünnschicht-) PV-Modulen; Berliner Recycling- und Recycling Rohstoffkonferenz; (9) Ökopol, Institut für Ökologie und Politik GmbH: Studie zur Entwicklung eines Rücknahme- und Verwertungssystems für photovoltaische Produkte, Endbereicht, 2007 (10) Schlenker, S.; Konrad, B.; Ramin-Marro, D.; Wambach, K.; Hartleitner, B.: Development of a sustainable recycling system for products of the photovoltaic industry (SOMOZELL II), Endbericht 2009 (11) (12) Friedl, Christa: Module im Froster in RECYCLING Magazin, Ausgabe Februar 2012, Seite 18 (13) Monier, Véronique; Hestin, Mathieu: Study on photovoltaic panelssupplementing the impact assessment for a recast of the WEEE Directive, Final Report, Paris 2011 (14) European Photovoltaic Industry Association: 2015 Global market outlook for photovoltaics until 2015,

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