Recycling von Photovoltaikmodulen
Die mechanische Verbundauftrennung stellt den aktuellen Stand der Technik dar. Die Montanuniversität Leoben untersuchte ihre Vor- und Nachteile und mögliche Alternativen.
Im Fokus standen dabei c-Si-Module auf Basis von Solarzellen aus kristallinem Silizium, die den mit Abstand größten Anteil der PV-Module ausmachen, die ins Recycling kommen. Insgesamt sind die Anfallmengen aber noch sehr gering. Mit Stand 2019 gibt es in Europa lediglich eine Anlage, die explizit PV-Module behandelt. Diese wird von der Firma Veolia in Kooperation mit PV Cycle in Rousset, Frankreich betrieben und hat eine Jahreskapazität von 4.000 Tonnen. Bei Recyclinganlagen für Flachglas findet eine Mitbehandlung von Photovoltaikmodulen statt.
Zwei übliche Verfahren
Der PV-Recyclingprozess (spezialisiertes Verfahren) umfasst: die Vorbehandlung zur Entfernung von Rahmen und Anschlussdose sowie die mechanische Verbundauftrennung zur Freilegung der Materialien und Rückgewinnung der Wertstoffe. Die Module werden dabei zuerst in kleine Quadrate (ca. 100 x 100 mm) geschnitten und nachfolgend mittels Hammermühle zusätzlich zerkleinert. Die weitere Aufbereitung sieht die Abtrennung verschiedener Fraktionen – unter anderem Glas, Kupfer, Silizium und eine kunststoffreiche Mischfraktion – durch klassische mechanische Aufbereitungsaggregate (Siebe, Windsichter, Wirbelstromscheider etc.) vor. Das Einkapselungsmaterial stellt die zentrale Verbindung zwischen den einzelnen Modulschichten dar; somit ist dessen Entfernung die Hauptaufgabe im Zuge der Verbundauftrennung. Für diesen Schritt kommt eine Vielzahl von mechanischen, thermischen und/oder chemischen Prozessen in Frage.Auch beim Flachglasrecycling erfolgt eine Vorbehandlung, um Rahmen und Anschlussdose zu entfernen. Das verbleibende Modul – auch Laminat genannt – wird anschließend einem Zerkleinerungsprozess zugeführt. Dieser ist üblicherweise ebenfalls zweistufig ausgeführt, enthält aber kein „Zerschneiden“ der Module – sondern setzt, je nach Anlage, eine individuelle Kombination aus Mühlen, Brechern und Shreddern ein. Im Vergleich zum spezialisierten Recyclingverfahren ist die Wertstoff-Selektivität geringer. So wird Silizium nicht abgetrennt und landet in einer Mischfraktion.
Mit Verlust von Wertstoffen
Die Montanuniversität Leoben stellte positiv fest, dass die eingesetzten mechanischen Behandlungsmethoden im industriellen Maßstab wenig kostenintensiv sind. Darüber hinaus können die PV-Module unabhängig von ihrem Zustand (intakt, gebrochene Glasplatte, Brandloch etc.) wirtschaftlich verarbeitet werden. Die Verwertungsquote, gemäß WEEE-Richtlinie von 85 Prozent in der EU, werde in der Regel erreicht. Das rückgewonnene Glas sowie die im Rahmen der Vorbehandlung entfernten Komponenten (Rahmen und Anschlussdose inklusive Kabel) reichten zur Erfüllung der Vorgaben aus.
Als nachteilig erweisen sich die Verluste von wertvollen, aber mengenmäßig gering vorhandenen Materialien während der weiteren Aufbereitung. Silber (in allen Fällen) und Silizium (beim Flachglasrecycling) werden nicht rückgewonnen, sondern landen in einer Mischfraktion, welche in weiterer Folge meist einer thermischen Behandlung zugeführt wird. Des Weiteren handelt es sich bei der rückgewonnen Glasfraktion um ein Material minderer Qualität. Verunreinigungen – hauptsächlich feine Metallpartikel, welche durch Vermischung bei der Zerkleinerung am Glas anhaften – verhindern einen Einsatz als Sekundärrohstoff in der Flach- beziehungsweise Behälterglasindustrie. Das Material wird stattdessen für die Herstellung von Dämmmaterial eingesetzt.
Eine Lösung: die schichtweise Auftrennung
Nach den Untersuchungen der Montanuniversität bietet sich die schichtweise Auftrennung des PV-Moduls beziehungsweise Laminats als Lösung an. Verschiedene Materialien können ohne Kontamination getrennt werden. Das Verfahren ermöglicht, Schadstoffe – zum Beispiel das in vielen Rückseitenfolien enthaltene Fluor – gezielt in einer Fraktion aufzukonzentrieren.
Eine Abtrennung der Nicht-Glas-Schichten mittels einer Wasserdüse wurde von der Firma LuxChemtech (ehem. Loser Chemie) realisiert. Die Ergebnisse dieses Prozesses sind die unzerstörte Glasscheibe, eine Mischfraktion aus Einkapselungs- und Zellmaterial sowie die separat abgetrennte Rückseitenfolie. In welchen Qualitäten, ist allerdings nicht bekannt. In einem anderen Projekt konnte mit einer Fräse die Rückseitenfolie gezielt vom restlichen Laminat abgetrennt werden. Dies diente zur Entfernung des Fluors aus dem System – als Vorbehandlung für einen nachgeschalteten thermischen Prozess zur Verbundauftrennung.
Grundsätzlich erscheint es aber möglich, diese Methode auch für die Abtrennung des Einkapselungs- und Zellmaterials von der Glasscheibe einzusetzen. Der Einsatz eines
heißen Drahts (150 bis 200 °C) zur Trennung von Frontglas und Zellmaterial wurde bereits untersucht. Die Trennung der zwei Schichten war möglich; allerdings waren sowohl das Zellmaterial als auch das Glas mit Einkapselungsmaterial verunreinigt. Für die Versuche wurden speziell hergestellte Module ohne Rückseitenfolie und mit thermoplastischem Einkapselungsmaterial eingesetzt. Eine Anwendung bei Modulen mit Ethylenvinylacetat (EVA) als Einkapselungsmaterial (= heutiger Stand der Technik) wurde nicht vorgenommen. Eine industrielle Umsetzung dieser Methoden ist nicht bekannt.
Die Untersuchung der Montanuniversität Leoben, Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft ist ausführlich beschrieben in dem Aufsatz: Mechanische Verbundsauftrennung beim Recycling von c-Si Photovoltaikmodulen: Aktueller Stand und neue Ansätze, von Tudor Dobra, Martin Wellacher und Roland Pomberger, erschienen im Konferenzband zur Recy & DepoTech 2020.
(Erschienen im EU-Recycling Magazin 03/2021, Seite 36, Foto: Lineas@1703/stock.adobe.com)
