Schließen von Stoffkreisläufen kritischer Rohstoffe durch das Recycling von Photovoltaik-

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Carsten Färber
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1 Technische Universität Berlin Schließen von Stoffkreisläufen kritischer Rohstoffe durch das Recycling von Photovoltaik- Produktionsabfällen und -Modulen Langfristszenarien zu Rohstoffbedarf und Recyclingflüssen mittels einer dynamischen Materialflussanalyse Max Marwede, FSP Technologien der Mikroperipherik Straubing,

2 Towards Zero Waste in Industrial Networks Vision: ZeroWIN envisions industrial networks that have eliminated the wasteful consumption of resources. Case Study: Design forrecycling Photovoltaic Prototype System 2

3 Ziel, Methodik und Ergebnisse Ziel: Bestimmung der zukünftigen Recyclingströme kritischer Rohstoffe der Photovoltaik Methodik Dynamische Materialflussanalyse (MFA) Analyse von Ergebnisse Recyclingsystem (Rückgewinnungsquoten, Sammelquoten) Produktionsverfahren (Prozessausbeuten) Langfristszenarien zu Bestand, Recyclingmengen und Verlusten Optimierungsmöglichkeiten von Recycling und Produktion Orientierung für Industrie und Politik 3

4 Schema Materialflussanalyse Produktion Bestand Recycling Entsorgung

5 Schichtaufbau eines Cadmiumtelluridmoduls Flächendichte µ=d*ρ*ω Dicke d CdTe = 3-5 µm Dichte ρ CdTe = 6,2*10 6 g/m² Molmassenanteil ω Te = 53,2 % Quelle: 0,06-0,09 % Te Quelle: Abound Solar 5

6 MWp MWp MWp MWp MWp Marktszenario Cadmiumtellurid-Photovoltaik Yearly produced [MW] Yearly produced [m²] Jährlich installierte Fläche A=P/(I*η) Installierte Leistung P [W p ] Strahlungsintensität I STC =1000 W/m² Wirkungsgrad η [%] 2015 η=12,5% 2020 η=15% m² m² m² m² MWp m² MWp MWp 0 MWp 1999 η=10% 2009 η=10,5% m² 0 m²

7 Schema Materialflussanalyse Produktion Bestand Recycling Entsorgung

8 14% 12% Lebensdauerwahrscheinlichkeit (Weibull-Verteilung) Wahrscheinlichkeit (m=35; b=40; α=11,4; β=35,2) Wahrscheinlichkeit (m=32; b=40; α=7,1; β=32,6) 10% 8% = % 4% 2% Frühausfälle: 1,5 % 0%

9 Anfallende Tellurmenge in Altmodulen 20 t 18 t 16 t 14 t EoL Waste Te [Weibull (m=35; b=40)] EoL Waste Te [Weibull (m=32; b=40)] neu installiert 12 t 10 t 8 t 6 t 4 t 2 t 0 t

Recycling-Verfahren von First Solar Rücknahme Schredder

von Fest- und Flüssigstoffen Ausfällung & Entwässerung

Separation & Spülung Gereinigtes Glas Rückgewinnungsquote

10 Recycling-Verfahren von First Solar Rücknahme Schredder Hammermühle Entfernung der Halbleiterschichten Trennung von Fest- und Flüssigstoffen Ausfällung & Entwässerung Metallhaltiger Filterkuchen Glas-Laminiermaterial Separation & Spülung Gereinigtes Glas Rückgewinnungsquote % CdTe Quelle: First Solar max.marwede@tu-berlin.de 10

11 Metallurgische Aufbereitung bei 5N PV Rückgewinnungsquote 80% - 85% Te Quelle: 5N PV max.marwede@tu-berlin.de 11

12 Fallbeispiel Tellur bei CdTe-PV im Jahr 2015 (weltweit) 12

13 Fallbeispiel Tellur bei CdTe-PV t t t t rezykliert EoL entsorgt neu installiert rezykliert Produktion Bedarf Bestand t 800 t 600 t 400 t 200 t 0 t

14 Vielen Dank! Ausblick Materialanalyse Ausbau der Szenarien Andere Technologien und Rohstoffe Sensitivitätsanalyse Offene Fragen Umgang mit Zukunftsunsicherheiten Bewertung der Ergebnisse Verfügbarkeit/Angebot/Gesamtnachfrage Ökonomisch Ökologisch 14

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