Recyclierbarkeit von PV- Einkapselungsfolien aus Kunststoff

Transkript

1 Recyclierbarkeit von PV- Einkapselungsfolien aus Kunststoff Gernot M. Wallner Präsentation anlässlich des 11. Workshops Photovoltaik-Modultechnik TÜV Rheinland Köln, 11. November _gmW

2 Recyclierbarkeit von PV-Einkapselungsfolien aus Kunststoff Inhalt Einleitung und Hintergrund Marktentwicklung Kunststoffe und Potentiale in der Photovoltaik SolPol-Forschungsinitiative Einkapselungsmaterialien - Kunststoffe in PV-Modulen Einbettungsmaterialien Rück- und Frontseitenfolien Recyclierbarkeit von Einkapselungsmaterialien Innerbetriebliches Recycling End-of-use Recycling _gmW 2

3 Die Bedeutung der Kunststoffindustrie Marktentwicklung der Kunststoffe vs. Stahl (Volumsbezogen) Source: Plastics Europe, D (2008) _gmW 3

4 Entwicklung der Photovoltaik-Industrie Kumulierter, globaler Materialbedarf für 100% REN-Szenario bis 2050 (Basis: Energy[R]Evolution Studie, Greenpeace, 2012) Jahr Kum. Kunststoffbedarf [mio t] Mittlerer, jährlicher Kunststoffbedarf bis 2050: 0.6 mio t/year Source: K. Holzhaider, JKU-IPMT (2014) _gmW 4

5 SolPol-3: Solarelectrical Systems based on Polymeric Materials _gmW 5

6 SolPol-3: Solarelectrical Systems based on Polymeric Materials _gmW 6

7 SolPol-3: Entwicklungsziele Von neuen Materialien Stand der Technik EVA-Elastomere Thermopl. Elastomere Entwicklungsziele Specimen chemisch vernetzt Constituents (mit Peroxiden) zu neuen Prozessen. vornehmlich physikalisch vernetzt kürzere Laminationszykluszeiten Kontinuierliche Produktion (Rolle-zu-Rolle) verbesserte Performance Stand der Technik Entwicklungsziele In-line Lamination + Laminierter Film Co-Extrusion + extrudierter Layer 1 Akasol, Krempel (GER) Backsheet-Lamination mit extrudierten Folien Kontinuierliche Herstellung von Backsheet/Einbettungsund Frontsheet/Einbettungs-Kombinationen _gmW 7 + Extrudierter Film + extrudierter Layer 2

8 Aufbau von PV-Modulen Encapsulation (= Einkapselung) umfasst: a) Embedding (= Einbettung) b) Frontsheet (meist Glas) und Backsheet (meist Kunststofflaminate) _gmW 8

9 physikalisch chemisch Chemischer Aufbau und Eigenschaften von Einbettungsfolien Material Atomarer Aufbau Additive Schmelz-/ Fließtemp., C Vernetzung Zersetzungstemp., C EVA CHO Peroxid, AO, UVA, Haftverm PVB CHO AO, UVA, Haftverm Ionomer CHO, Ca/Zn Polyolefin CH AO, UVA, Haftverm. < 120 C AO, UVA, Haftverm. < 120 C TPSE CHSiON AO, UVA, Haftverm. ~ 140 C Chemisch oder energetisch recyclierbar (Heizwert: ~ 10 kwh/kg) Werkstofflich, chemisch oder energetisch recyclierbar _gmW 9

10 Einbettungsfolien Irgafos 168 Stabilisatoren und Schneckenspuren in EVA Phosphitisches (P) Antioxidans Silan (Si) Haftvermittler Werkstoffliches Recycling von EVA aus Performancegründen nicht sinnvoll Source: S. Meyer et al., Sol. Eng. Mat. (2014) _gmW 10

11 Chemischer Aufbau und Eigenschaften von Back- und Frontsheets Klasse Material Atomarer Aufbau TPT FP PET PA Frontsheet PVF/PET /PVF FP/PET/ EVA Lack/PET /EVA PA/PET/ PA ETFE, FEP CHF, CHO CHF, CHO CHO CHON Additive Schmelz-/ Fließtemp., C Zersetzungstemp., C AO, UVA, Haftverm., 20m% TiO 2 190, AO, UVA, Haftverm., 15m% TiO 2 105, 175, AO, UVA, Haftverm., 10m% TiO 2 105, AO, UVA, Haftverm., 20m% TiO 2, SiO 2 180, CHF UVA, Haftverm Recyclierbarkeit: chemisch oder energetisch ETFE, FEP: geringer Heizwert: ~ 2 kwh/kg _gmW 11

12 Recyclierbarkeit von Einkapselungsmaterialien Case study zum innerbetrieblichen Recycling von Einbettungsmaterialien: EVA, PVB, Ionomer Verfahrenstechnische und Anlagen-Entwicklung (NGR, Feldkirchen, A) Charakterisierung recyclierter Einbettungsmaterialien (JKU-IPMT) _gmW 12

13 Speichermodul E' [MPa] Recyclierbarkeit von Einkapselungsmaterialien Einfluss auf thermische Übergänge und Vernetzbarkeit EVA 1 0,1 Folie Granulat recycliert 0,01 1E Temperatur [ C] Innerbetriebliches Recycling von EVA-Einbettungsfolien prinzipiell möglich _gmW 13

14 rel. Masse [%] Recyclierbarkeit von Einkapselungsmaterialien Einfluss auf thermische Übergänge in der TGA PVB 1 0 Folie Granulat recycliert Temperatur [ C] Innerbetriebliches Recycling von PVB: Unterschiede feststellbar! _gmW 14

15 End-of-Use Recycling von Einkapselungsmaterialien Hemmnisse für werkstoffliches Recycling: Mehrschichtiger Laminataufbau Trennung der Einzelschichten? Veränderung der Stabilisierung Abbauprodukte? Technologische Weiterentwicklung verbesserte Produkte PET und EVA sind kostengünstige Einsatzstoffe Wirtschaftlichkeit? Hemmnisse für chemisches Recycling: Hoher Energieaufwand für die Pyrolyse der Kunststoffe Heterogene Zusammensetzung der Pyrolysegase Trennung Energetisches Recycling von Einkapselungsmaterialien (in der Metallurgie Stand der Technik) Entwicklung von halogenfreien Kunststoff-Einkapselungsmaterialien auf Basis von C, H, O, N _gmW 15