Recycling von Photovoltaikmodulen Verfahrensentwicklung und Probleme bei der Umsetzung

Transkript

1 Agenda Recycling von Photovoltaikmodulen Verfahrensentwicklung und Probleme bei der Umsetzung 1 Prolog 2 Technologie und Philosophie 3 Ergebnisse

2 Prolog - Photovoltaikmodule werden irgendwann zu Abfall! MegaWatt Studie zur Abfallprognose von PV Schrott für Europa EC DG ENV Report, Bio Intelligence Service, Millionen t 30 Millionen t 20 Millionen t 10 Millionen t neue PV Module WEEE

3 Prolog - Photovoltaikmodule werden jetzt schon zu Abfall! [t] Reiling 2012 Quelle: CERES 2013, PV module waste in Europe

4 Ausgangssituation Wir müssen zwischen c-silizium und Dünnschichttechnologien unterscheiden. Si, Al, Ag, Cd, Te, In, Ge, Mo, Ga, Cu, Se, Zn

5 Die Dünnschichttechnologien verwenden eine Reihe seltener Metalle mit strategischer Bedeutung: Chalcopyrite oder I-III-VI 2 CIS Typen: CuInS 2, CuInSe 2 CIGS Typ: Cu(InGa)Se 2 II-VI Verbindungshalbleiter: CdTe III-V Verbindungshalbleiter: GaAs Abfall aus der Dünnschicht-PV-Produktion Diese speziellen Materialien kann man mit rein physikalischen Methoden nicht recyceln! Aber ein chemischer Ansatz löst das Problem.

6 Herausforderung (am Beispiel CIS Dünnschicht Photovoltaik) Die Dicke eines Haares beträgt ca. 0,1 mm. Glass plastic metals Die Stärke der aktiven Schichten einer CIS-Solarzelle beträgt ca. 0,004mm. 100% Abfall CIS Typ (Quelle: Sulfurcell) 15 g bis30 g eineraktivenschichtauf 1 m 2

7 Philosophie (am Beispiel CIGS Dünnschicht Photovoltaik) von 1% zu 100%! + + Glass plastic metals glass plastic In Cu Ga Se Mo 100% Abfall 100% cullet 100% Kunststoff Metall -Konzentrat Aber: EU WEEE 2 Richtlinie D Sammelgruppe B2C - ElektroG

8 Recycling von PV Modulen state of the art (Quelle: 28th PVSEC Paris, PV CYCLE, Maltha process) 1. Vorbehandlung Demontage Rahmen und Anschlussbox 2. Schreddern und Sortieren

9 Um die Halbleitermaterialien naßchemisch zu behandeln, ist das Öffnen der Sandwichstruktur notwendig Vorbehandlung öffnen

10 Hydrometallurgische Behandlung Front Glas Rück Glas Auflösen aller Metalle und Metallverbindungen Auflösen aller Metalle und Metallverbindungen Cd Cu Mo Se In 330 mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Ga mg/l Ergebnis: Entmetallisiertes Frontglas, Rückglas mit Laminat und eine polymetallische Lösung

11 Methylsulfonsäure (MSA) eine neue Schlüsselverbindung für Recyclingprozesse Bemerkenswert hohe Löslichkeiten verschiedener Metallsalze (Tab. unten) nicht oxidierend einfacher Umgang hohe thermische Stabilität niedriger Dampfdruck Methanesulfonate Chloride Sulfate Ag g/l 0 g/l 9 g/l Pb g/l 9 g/l 0 g/l biologisch abbaubar Beispiele für die Sättigungskonzentrationen in Wasser bei 23 C

12 Eigene Aufbereitung der polymetallischen Lösung und Produktion von reinen Produkten? Chalcopyrite or I-III-VI2 CIS type: REACH, Abfallrecht CuInS2, CuInSe2 CIGS type: Cu(InGa)Se2 II-VI compound semiconductor: CdTe III-V compound semiconductor: GaAs These chemicals can not be physically separated! But a chemical approach can! 2/A8 Wertschöpfung

13 Falls notwendig, kann die Folie entfernt werden: Ergebnis: zwei verschiedene Glasqualitäten und sauberer Kunststoff

14 Ergebnisse der Glasanalysen Labor Pilkington, Werk Gladbeck Der Einsatz des Materials sowohl für die Behälterglas- als auch für die Flachglasproduktion ist ohne Probleme möglich! Flachglasproduktion: Photovoltaik-Hersteller: 100MW 1GW/Jahr m 2 / Tag t Glas / Tag t Glas / Tag Potential: Recycling? t cullet / Tag

15 Beispiel für das wirtschaftliche Potential des PV Abfalls Beispiel für kg CIGS Photovoltaik - Produktionsabfall Cu 410 mg/l = 1,435 kg ca. 15$ Mo mg/l = 7,350 kg ca. 170$ Se mg/l = 4,200 kg ca. 350$ In 570 mg/l = 1,995 kg ca. 1100$ Ga 150 mg/l = 0,525 kg ca. 110$ 1745$ Metallwert stecken in 25t bzw $ in t 1250 können für 25t Glas erzielt werden bzw für t

16 MSA ist nicht nur für das Dünnschicht-Recyling geeignet: Organosulfon-Verbindungen sind für uns ein neues chemisches Transportsystem für wertvolle Metalle Beispiel für Silber: 0% 2% Ag 75% Ag 100% AgCl

17 Anwendung der Ergebnisse auf c-si-abfall und Ausnutzung von Synergien: Anwendung hausinterner Prozesse: Aluminiumchloridlösung Al 0% 10% 0% 2% Ag Ag + Al + Wasser Al Poly-Aluminium- Hydroxydchlorid (PAC) für die Wasserbehandlung

18 Als Ergebnis resultiert entmetallisiertes Silizium: Waschen und Trocknen Suche nach Verwertungswegen Schmelzverhalten

19 Vielen Dank Für Ihre Aufmerksamkeit! Dr. Wolfram Palitzsch, Loser Chemie GmbH, Langenweißbach, Bahnhofstraße 10