Stále rostoucí trend podílu solární energie na celkové světové energetické produkci je důsledkem snahy o snižování emisí, které produkují tradiční energetické zdroje. To vede ke zpomalení globálního oteplování. Dlouhodobě tedy dochází ke stálému růstu množství instalovaných fotovoltaických elektráren, a to jak v průmyslovém, tak v privátním sektoru po celém světě. Dle predikce IEA (International Energy Agency) by kumulovaná kapacita fotovoltaických elektráren po celém světě mohla předčit kapacitu zdrojů na zemní plyn v roce 2026 a uhelných zdrojů v roce 2027. Zároveň je ale třeba počítat i s výrazným nárůstem produkce odpadních fotovoltaických panelů. Organizace IRENA (International Renewable Energy Agency)
odhaduje kumulovanou roční produkci odpadních panelů v roce 2030 na 200 tisíc tun a v roce 2050 na hodnotu kolem 1 milionu tun.
Fotovoltaické moduly a jejich dopad na životní prostředí představují v současné době velice diskutované téma. Samotný provoz fotovoltaických modulů životní prostředí téměř neovlivňuje, protože při výrobě energie neprodukují emise. Největší dopad na životní prostředí má pak ale výroba, transport a následně recyklace fotovoltaických modulů. V České republice došlo k masivní instalaci komerčních solárních elektráren po roce 2008, díky výhodným výkupním cenám garantovaných státem. Vzhledem k předpokládané životnosti fotovoltaických panelů 20–30 let můžeme v následující dekádě čekat vysoký nárůst produkce odpadních panelů první generace i v ČR. Je nezbytné se na tento problém připravit tak, abychom měli dostatečnou kapacitu certifikovaných zařízení pro jejich zpracování. Recyklace odpadních panelů může být důležitou cestou k zpětnému získávání surovin a jejich návratu do výrobních procesů. Zároveň tak lze ještě dále minimalizovat již tak malý negativní vliv této technologie výroby energie na životní prostředí.
Ekologický recyklační projekt
Společnost DEKONTA, a.s., se dlouhodobě angažuje na poli environmentálních technologií, a to komerčně i v oblasti vědy a výzkumu. Téma recyklace odpadních fotovoltaických panelů považuje za výzvu a investici do budoucnosti. Z tohoto důvodu realizovala projekt pod záštitou MPO (OP PIK – Aplikace Výzva IX) s názvem „Recyklace fotovoltaických panelů a lithium- iontových akumulátorů“ (2021– 2023), v jehož rámci byl navrhnut a realizován prototyp linky na zpracování odpadních fotovoltaických panelů. Prototypová technologie byla primárně zaměřena na zpracování panelů první generace, tedy krystalických křemíkových panelů, u nichž lze předpokládat největší nárůst vzniku odpadních panelů v následujících letech vzhledem k neodvratitelnému procesu degradace některých částí panelu. Prototyp byl posléze optimalizován a výsledkem je stávající linka na zpracování odpadních fotovoltaických panelů. Přístupů k recyklačnímu procesu existuje několik a každý z nich má svá pozitiva i negativa. Snaha výrobců o maximální odolnost a životnost panelů úměrně zvyšuje obtížnost jejich zpracování. Technologie si klade za cíl přepracovat odpadní panely na produkty, které bude možné z větší části recyklovat nebo materiálově využít, zároveň však klade důraz na minimalizaci vzniku zátěže pro životní prostředí. Z tohoto důvodu se společnost DEKONTA vydala cestou čistě mechanického zpracování bez použití chemických procesů. Procesem recyklace krystalických a v pozdějších letech i tenkovrstvých solárních modulů bude získávána celá škála materiálů pro následné zpracování a opětovné použití při výrobě fotovoltaických modulů nebo jiných výrobků. Mezi tyto materiály patří hliník, měď, sklo, plast, křemík a vzácné kovy. V panelech první generace je z hlediska recyklace nejzásadnější obsah stříbra.
Ekonomika se řídí poptávkou
Největší podíl na složení panelu má velmi kvalitní tvrzené sklo, jehož využití podmiňuje celý proces recyklace a které není možné zařadit do standardního sběrného systému. Celkově se ekonomika celého recyklačního procesu odvíjí od poptávky po jednotlivých surovinách a v budoucnu bude nezbytné zapojení zpracovatelů a kolektivních systémů do optimalizace výše recyklačních poplatků. Zákon o výrobcích s ukončenou životností č. 542/2020 Sb. v příloze č. 3 stanovuje minimální úroveň recyklace a přípravy k opětovnému použití solárních panelů na 80 %. Celkově je tedy nezbytné dosáhnout alespoň 80% míry recyklace a vzhledem k procentuálnímu zastoupení skla (60–70 % hm.) je jeho využití kruciálním faktorem.
Recyklační linka z blízka
Způsob zpracování odpadních fotovoltaických panelů na lince umístěné v Kralupech nad Vltavou lze rozdělit do tří bloků. V první fázi se odehrává sekvence demontážních procesů, které jsou společné všem přístupům ke zpracování panelů. Vede k odstranění hliníkového rámu, kabelů a elektroinstalačního boxu. Takto odstrojený panel je s pomocí hydraulických nůžek upraven na potřebnou velikost pro následné zpracování.
Jako druhá fáze následuje sekvence dezintegračních procesů, jejichž cílem je rozložení panelů na oddělitelné složky. Prvním krokem mechanického zpracování je odstranění vrstvy skla. Skelná vrstva je velmi silně spojena se sendvičovou strukturou panelu, takže celý proces musel být optimalizován tak, aby získaný skelný produkt obsahoval co nejméně příměsí. Zbylé tělo panelu, sestávající z různých plastových vrstev a vrstvy s křemíkovými celami, je pak kompletně dezintegrováno na velikost částic menších než 20 mm. Cílem dezintegrace je oddělení jednotlivých vrstev folií a metalických částí. Vzhledem k vysoké odolnosti použitých plastů a pojiv se tento způsob ukázal jako nejúčinnější i s ohledem na ekonomiku celého procesu.
Veškeré dezintegrační kroky jsou osazeny důkladným odsáváním tak, aby se minimalizoval únik prachových částic. Odsávaný vzduch je pak přímo v hale filtrován a navracen zpět, tudíž linka neprodukuje žádné emise do okolního prostředí.
Následuje poslední fáze – blok separačních procesů, jejichž cílem je maximální oddělení jednotlivých složek. Dochází tak k separaci různých zrnitostních frakcí a separaci magnetických složek. Tato sekce může být ještě během provozu upravena v závislosti na požadavcích odběratelů jednotlivých výstupů, které se mohou v průběhu let měnit v závislosti na trhu se surovinami v Evropě i portfoliu smluvních odběratelů komodit.
Odzkoušeno na výbornou
Testovací provoz vyvinuté a zkonstruované linky na recyklaci fotovoltaických panelů probíhal v roce 2023 prostřednictvím „batch“ testů. V rámci tohoto testovacího provozu bylo zpracováno několik tun odpadních fotovoltaických panelů, které byly jako vzorky pro testování poskytnuty některými spolupracujícími kolektivními systémy a společnostmi. V rámci této testovací etapy byly nejprve testovány jednotlivé komponenty prototypu a následně celá linka dohromady. Součástí všech testů bylo vyhodnocení funkčnosti a provozuschopnosti jednotlivých částí recyklační linky včetně identifikace kritických procesů a míst, která by v budoucnu mohla omezit hladký a bezchybný provoz zařízení. V rámci testů byla ověřena reálná kapacita zařízení, která se pohybuje okolo 1 500 – 2 000 t zpracovaných odpadních panelů ročně. Z pohledu očekávaných ekonomických cílů lze jednoznačně konstatovat, že bylo vyvinuto a zkonstruováno zařízení (recyklační linka na fotovoltaické panely), které v rámci svého testovacího provozu vykázalo výborné provozní podmínky a dostatečnou kvalitu a čistotu získávaných recyklovaných materiálů.
Technologická linka se momentálně nachází v procesu certifikace a povolovacího řízení. Spuštění do komerčního provozu předpokládáme v roce 2024. Samotná technologie je jednoznačně výrazným příspěvkem k budoucímu rozvoji společnosti DEKONTA, a to nejen v ČR, ale i na jiných trzích, kde společnost podniká. Předběžně již byla diskutována možná spolupráce s partnery v Rumunsku, Bosně a Maďarsku. Spuštěním do komerčního provozu se společnost stane jedním z prvních zpracovatelů odpadních fotovoltaických panelů v České republice.
Autoři : Barbora Štěpánová a Vojtěch Musil , DEKONTA, a.s.
Úvodní foto : Druhý stupeň dezintegrace panelů.