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如何在2050年之前实现8000万吨光伏组件的回收再利用

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如何正确有效的处理和回收废弃物?这是一个让各国政府头疼的问题,最近有新闻报道说,自从中国2017年禁运洋垃圾之后,越南、印度等亚洲国家也纷纷群起效仿。近日,菲律宾甚至向加拿大表达了强硬态度:要求加拿大负责清理几年前送到菲律宾的垃圾“限时一周,必须运回本国,还要加国自掏运费”。

看东南亚小伙伴对“洋垃圾”避之唯恐不及的态度,就知道生活垃圾回收处理有多棘手了,想一想集中了全球80%以上太阳能电池板产能的中国,每年生产的电池片,电池板数以百万吨计,将来,该如何有效处理和回收不计其数的报废组件呢?澳洲科学家的一些研究可能值得借鉴。

到2050年,将近7800万吨的报废电池板

可能很难想象,全世界各国政府,光伏制造商们以及光伏发电的业主们到2050年,可能需要面对将近7800万吨报废的晶硅组件,假设一片组件的重量是18Kg,这就意味着有差不多43亿块电池板需要处理。风险与机遇并存:回收处理得当,获利颇丰,处理不当则会污染环境,贻害无穷。

澳洲新南威尔士大学(UNSW)针对如何有效回收利用报废晶硅组件并尽量获得盈利,对实施回收过程中所面临的经济障碍,技术和机遇进行了调查和研究。今年4月,该校的四名研究人员发表了一份评估报告,里面详细评估了迄今为止对光伏组件废弃物的方法,实施这些方法的经济障碍以及回收利用光伏组件的原料回收和利润前景等。这项研究颇受欢迎,将澳洲推向了组件回收领域的技术前沿。

澳洲新南威尔士大学光电学院的副教授和《晶硅组件回收的技术经济性综述》一书的合著者,CheeMun Chong说“根据国际光伏数据和技术路线图,到2050年,世界上预计有4.5太瓦的光伏容量,很多国家都要进行光伏组件回收。包括中国、欧盟、日韩和美国等早起就采用光伏发电的国家,都会有不同的国家计划来回收光伏垃圾。一些政府要求生产商们对15到30年的使用周期内对组件负责,并为卖出的每一块组件支付押金以防止违约,因此在过去的十年中,已经有超过100项专利注册了回收技术”。

澳洲没有计划鼓励制造商承担回收的责任,也没有针对组件(使用寿命)违约进行征税,但是维多利亚州新的立法将规定禁止将太阳能电池,电池板和逆变器与其他电子垃圾一起进行垃圾填埋。这项新的立法将于今年7月1日生效。尽管如此,维州可持续发展部负责产品管理的战略负责人迈克尔•达德利(Michael Dudley)说:“我们正将面临一个严重的浪费问题,电池板现在看起来是好好的安装的那里,但是未来三到五年,我们就会看到超大数量的太阳能电池板加入到垃圾大军,到那时就会引爆私人投资和回收潜力。”

有毒化学元素的风险

麦可尔表示他们的组织主张澳大利亚做出相应的规定,有效处理光伏垃圾,并表示,监管部门应该增强私企们在这一领域投资的信心,有了共同的责任和系统,回收利用的分工就明确多了。

新南威尔士大学的研究发现,在没有监管的情况下,将报废的太阳能电池板送到垃圾填埋场是最经济的处理方式,但大多数电池板中使用的有毒元素,如铅、镉和碲化物,会渗入土壤和地下水,这需要承担非常高的风险。此外,还有其他大量的材料——玻璃、铝、银、铜和硅——如果它们被经济地回收,就可以再利用。

在澳大利亚,预计到2047年光伏废料将达到80万吨,经麦格理大学(Macquarie University)的一组研究人员计算,这些电池板中所含材料的经济价值在12.5亿美元左右。

CheeMun Chong表示,在全球范围内,如果到2050年所产生的7800万吨报废的电池板中,所有的(可回收的)材料都能回收利用,仅仅是材料就能达到150亿美元,这还没考虑到这样一个回收行业所创造的就业机会,以及这些回收材料没有填埋到垃圾场所带来的环境效益。“先把成本放在一边,我们从8000万吨垃圾中回收来的材料可以转化成20亿块全新的电池板,换种说法,按照今天的光伏技术,那就是630GW的发电量!”

当前,成本绝对是关键问题,这也是新南威尔士大学组建的由博士生邓容为首的研究团队所做的核心工作。研究人员的计算涉及了100多个变量,简而言之,他们比较了四种处理太阳能电池板方法的成本和材料回收价值:填埋,玻璃回收,机械回收,涉及物料的分离和热回收-使用控制的热量分层和分离材料。这项研究的结果是:在某些情况下,回收太阳能电池板是有利可图的。

已确定的可以改善回收利用可行性的条件包括:禁止填埋处理;简化和改进回收的重点是提高材料回收率,特别是银和完整的硅片;优化组件设计,使其更方便回收;政府与回收商协商一致,建立回收网络;以及制造商们要考虑如何将“二次寿命”材料融入现有的生产线。

当前,研究团队正在为新一阶段的研究寻求资金,并已开始与澳大利亚先进制造业增长中心(Advanced Manufacturing Growth Center)联系。同时,他们还在与大学以外的机构或厂家合作,这些机构在回收利用的技术方面提供了很多解决方案。新南威尔士大学的研究人员的目标是加快实现这些解决方案,并为这些先进的回收方案建立知识产权,尽快在澳洲实现应用并推广到全球各地。

欧洲光伏组件回收经验

根据Energy trend报道,相比于中国市场,欧洲早已开始“迎接”组件报废潮。2014年欧盟颁布了法令,欧盟27个成员国将陆续执行“报废电子电气设备”规定(简称WEEE)对光伏组件的回收令。

目前WEEE(2002/96)法令进入第三阶段,对达到使用寿命的光伏组件将实现回收率85%,再利用率80%。凡在欧洲的光伏组件都要加贴由WEEE统一设计的“wheeliebin”标志以示合规,否则不得进入欧盟市场。

此外欧盟建立了从绿色发电到废物管理的光伏回收组织(PV CYCLE)。据了解,组织内已有半数会员是中国企业。PVCYCLE根据不同的各国政策,进行报废组件的回收,组织内会员只需缴纳会费并支付处理费用。

在法国,由威立雅与PVCycle、法国可再生能源工会合作建设的光伏组件回收工厂于2018年投运。由于晶硅组件是由65-75%玻璃、10-15%铝框、10%塑胶和3-5%的硅材料制成。通过使用智能机器人,可以对其95%的材料进行分拆、分拣、处理和回收。

国内很多厂家回收电池板以后,都是经过简单处理后再加工成翻新产品,二次销售或者出口到一些不发达市场,例如非洲,沙特,巴基斯坦等。距离形成真正的产业链还远得很,知名的企业也是寥寥可数。毕竟单个企业研发技术的难度较大,在没有资金支持的情况下,能盈利并活下去才是当务之急。在真正的报废潮来临之前,提早整合行业资源,行成有效的回收体系才是最佳的应对之策。