A co z wszystkimi odpadami?

Autorzy: Rachel A. Meidl, Mathilde Saada

W obliczu presji zmiany klimatu i pilnej konieczności włączenia alternatywnych źródeł energii, takich jak energia wiatrowa i słoneczna, skupienie się na rzekomych korzyściach płynących z technologii transformacji energetycznej przyćmiewa rażącą rzeczywistość – brak strategii dotyczącej identyfikowania i określania ilościowego innych efektów zewnętrznych cyklu życia, takich jak odpady utylizacja lub wpływ na środowisko.

Przemysł energetyczny, rządy i społeczeństwo muszą jeszcze w pełni zrozumieć ilości napływających odpadów i długoterminowe skutki związane z wycofywanymi z eksploatacji fotowoltaikami. Jeżeli preferowaną drogą naprzód jest zrównoważona przyszłość o obiegu zamkniętym, konieczne jest kontrolowane zarządzanie panelami wycofanymi z eksploatacji w dozwolonych zakładach recyklingu, przetwarzania i utylizacji.

Stawka: odpady słoneczne

Oczekuje się, że do 78 r. łączna ilość odpadów fotowoltaicznych na całym świecie osiągnie około 2050 mln ton. Jednak wiele z tych prognoz zakłada pełną żywotność paneli wynoszącą 25–30 lat i nie uwzględnia wczesnej wymiany, szybkiego starzenia się ani powszechnego przedwczesnego wycofania z eksploatacji spowodowanego energią słoneczną. ulgi podatkowe, stawki odszkodowań, cena instalacji, trudne zjawiska pogodowe oraz rola Chin, która ostatecznie może jeszcze bardziej podnieść te liczby. Oprócz atrakcyjnych dotacji podatkowych, które zaowocowały ogromnym i bezprecedensowym rozwojem energii słonecznej, wydajność konwersji paneli poprawia się z roku na rok dzięki innowacjom produkcyjnym w Chinach, które dominują i kontrolują rynek energii słonecznej. W Stanach Zjednoczonych energię słoneczną przedstawiono jako kluczowe rozwiązanie w walce ze zmianami klimatycznymi, atrakcyjną inwestycję dla firm i inwestorów, zgodną z ich celami społecznymi i zarządczymi w zakresie ochrony środowiska, a także tworzącą miejsca pracy. 

Jednak rosnące ilości odpadów są sprzeczne z gospodarką o obiegu zamkniętym i stanowią zagrożenie dla globalnych i krajowych celów zrównoważonego rozwoju. 

Rozcięcie panelu fotowoltaicznego (PV) i zrozumienie jego anatomii pozwala odkryć wysoce zintegrowany system, który sprawia, że ​​demontaż i recykling są kosztownym, skomplikowanym oraz energochłonnym i zasobochłonnym procesem. Skład panelu obejmuje aluminium, szkło, złożone tworzywa sztuczne i szereg metali, w tym między innymi kadm, chrom, ołów, selen i srebro, które pozostawione w stanie nieoczyszczonym i niezagospodarowanym mogą zanieczyścić glebę i przedostać się do wód gruntowych. Ze względu na obecność metali ciężkich i innych składników, które przekraczają regulacyjne progi toksyczności, panele wycofane z eksploatacji można zaklasyfikować jako odpady niebezpieczne podlegające przepisom federalnym zgodnie z ustawą o ochronie i odzyskiwaniu zasobów, czyli ustawą regulującą zarządzanie odpadami niebezpiecznymi. Klasyfikacja ta uwzględnia panele słoneczne w pełnym spektrum przepisów Agencji Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych dotyczących odpadów niebezpiecznych i wiąże się z szeregiem rygorystycznych obowiązków regulacyjnych, które sprawiają, że klasyfikacja, przechowywanie, przenoszenie i transport paneli w celu recyklingu lub utylizacji zgodnie z obowiązującym prawem jest kosztowna i uciążliwa.

Kwestia cyklu życia odzwierciedla brak ekonomicznie opłacalnych i zrównoważonych opcji końca życia, przy czym dominującymi metodami są składowanie na śmieci, spalanie lub „darowanie” (dobrowolny recykling) na rynki wtórne, co powoduje przeniesienie ciężaru gospodarki odpadami na kraje rozwijające się. gospodarki. 

Złożoność procesu recyklingu energii słonecznej

Recykling ogniw fotowoltaicznych jest bardzo złożony i może być procesem energochłonnym i zasobochłonnym, generującym własne odpady i emisje (rysunek 1). Technologie recyklingu, zwłaszcza w USA, są wciąż na nowo powstające i są zaporowe, co ogranicza możliwości ostatecznego unieszkodliwiania odpadów do składowania, spalania i eksportu – co jest zdecydowanie najtańszą ścieżką. Ze względu na oznaczenie „odpadu niebezpiecznego” obecne przepisy wymagają, aby zużyte panele słoneczne były zagospodarowywane przez wykwalifikowanych przewoźników oraz w dozwolonych zakładach przetwarzania, przechowywania, usuwania i recyklingu. Biorąc pod uwagę przewidywane ilości odpadów fotowoltaicznych, nie jest pewne, czy istniejące zakłady zajmujące się odpadami niebezpiecznymi i recyklingiem są wystarczające, aby poradzić sobie z napływem paneli, biorąc pod uwagę wydłużone terminy wydawania pozwoleń na lokalizację, budowę i skalowanie zakładów recyklingu w USA. 

Te skomplikowane przeszkody regulacyjne, w połączeniu z bezpośrednim kosztem recyklingu, zachęcają do porzucania, nielegalnego składowania i składowania zużytych paneli słonecznych, podczas gdy pojawiają się tańsze opcje. Chociaż dokładne liczby są trudne do uzyskania ze względu na błędną klasyfikację paneli jako odpady elektroniczne (e-odpady) lub inne materiały, brak mechanizmów śledzenia i przejrzystości danych, szacuje się, że w USA około 10% paneli słonecznych poddawanych jest recyklingowi i jest to nie jest jasne, czy liczba ta przekłada się na pełne lub częściowe wyniki recyklingu.

Chociaż branża recyklingu energii słonecznej stoi przed wyzwaniami związanymi z niewystarczającymi nakładami, wysokimi kosztami operacyjnymi i niską rentownością ze względu na małe stężenia cennych materiałów, istnieje potencjał dla silnego rynku recyklingu energii słonecznej, jeśli istniałaby współpraca w zakresie infrastruktury i łańcucha dostaw w celu gromadzenia, przetwarzania i sprzedaży różne komponenty. Jednakże obecnie żadne z tych ustaleń nie obowiązuje. Należy opracować nowe modele biznesowe o obiegu zamkniętym i utworzyć rynki wtórne w oparciu o przetworzony, ponownie wykorzystany i odzyskany krzem, metale i materiały do ​​paneli drugiego życia i innych zastosowań, które formalizują łańcuchy wartości ponownego użycia, naprawy i regeneracji w branży fotowoltaicznej. 

Źródło: opracowanie na podstawie różnych źródeł przez Rachel Meidl i Mathilde Saada.

Przyszłe modele regulacyjne w USA

W USA nie istnieją krajowe ramy dotyczące odpadów fotowoltaicznych wycofanych z eksploatacji, ale podążając za przykładem Kalifornii, EPA rozważa obecnie, czy panele wycofane z eksploatacji powinny zostać uregulowane jako „odpady uniwersalne”, czyli kategoria odpadów niebezpiecznych o usprawnionych przepisy mające na celu zmniejszenie obciążeń w zakresie zarządzania oraz ułatwienie zbiórki i recyklingu. Kalifornia jest pierwszym stanem, który reguluje kwestię paneli słonecznych wycofanych z eksploatacji jako odpadów uniwersalnych, a najnowsze przepisy obowiązujące w tym stanie mogą służyć jako model dla przyszłego rozwoju krajowych ram recyklingu odpadów fotowoltaicznych oraz wzór do naśladowania dla innych stanów. Hawaje, Karolina Północna i Rhode Island również rozważają zasady regulujące panele słoneczne, aby stymulować recykling. Ramy te mają ogromne znaczenie nie tylko dla krajów OECD, ale także mają kluczowe znaczenie dla gospodarek rozwijających się, które doświadczają bezprecedensowego wzrostu wykorzystania energii słonecznej (np. Chiny i Indie), ponieważ w tych regionach świata brakuje formalnych sieci usuwania odpadów, infrastruktury recyklingu i przepisów . W miarę pojawiania się branży recyklingu energii słonecznej i wejścia na rynek wielu graczy, jednym z największych wyzwań będzie przypisanie odpowiedzialności za ogromną ilość zgromadzonych odpadów osieroconych. 

Zarządzanie na poziomie systemowym dla gospodarki o obiegu zamkniętym

Recykling – lub właściwa utylizacja materiałów niebezpiecznych, jeśli recykling nie jest możliwy – jest rzeczywiście istotnym elementem gospodarki o obiegu zamkniętym. Przede wszystkim jednak potrzebujemy umożliwiających regulacji zachęcających do zbierania i właściwego gospodarowania odpadami fotowoltaicznymi po wycofaniu z eksploatacji. Może to pomóc w budowaniu zdolności do recyklingu energii słonecznej, podczas gdy przemysł i rynki wtórne będą się skalować w ramach kompleksowej infrastruktury po wycofaniu z eksploatacji. W pakiecie rozwiązań zachęcających do rozwoju branży recyklingu energii słonecznej należy również uwzględnić zachęty inwestycyjne. 

W pośpiechu zmierzającym do dekarbonizacji i elektryfikacji naszego społeczeństwa często pomija się kwestię gospodarki odpadami. Istnieją możliwości opracowania metodologii o odpowiednim zakresie, które uwzględniają wpływ cyklu życia na całe łańcuchy dostaw powszechnie ignorowanych czynników instalacji fotowoltaicznych, takich jak użytkowanie gruntów, utrata różnorodności biologicznej, sprawiedliwość środowiskowa, gospodarka wodna i globalny transport. Ponadto technologie takie jak blockchain mogą zapewnić ogromny impuls do przejrzystego i odpowiedzialnego zarządzania panelami wycofanymi z eksploatacji. Istotne jest, abyśmy planowali, przygotowywali i projektowali systemy energetyczne do ponownego wykorzystania, odzysku, regeneracji i recyklingu w chwili obecnej, w przeciwnym razie ryzykujemy utworzeniem nowych obciążeń środowiskowych, społecznych i ekonomicznych w przyszłości.

Rachel A. Meidl, LP.D., CHMM, jest pracownikiem naukowym w dziedzinie energii i środowiska w Baker Institute-Centrum for Energy Studies na Uniwersytecie Rice. Wcześniej była zastępcą zastępcy administratora w Administracji ds. Bezpieczeństwa Rurociągów i Materiałów Niebezpiecznych, agencji Departamentu Transportu Stanów Zjednoczonych. 

Matylda Saada jest asystentem naukowym w Centrum Studiów Energetycznych w Instytucie Baker na Uniwersytecie Rice i studentem studiów magisterskich na kierunku Master of Global Affairs na Uniwersytecie Rice.