ПРОБЛЕМА УТИЛИЗАЦИИ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ В МИРЕ И ВОЗМОЖНЫЕ ЕЕ ПУТИ РЕШЕНИЯ В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматриваются проблемы утилизации солнечных панелей. Проблемы в их производстве. Способы решения этой проблемы.

Ключевые слова: утилизация, фотоэлектрические панели, NREL.

В статье Forbes, опубликованной в 2018 году, активист по охране окружающей среды Майкл Шелленберг (Американский эколог, основатель некоммерческих организаций Breakthrough Institute и Environmental) цитирует инсайдеров и исследователей солнечной отрасли, которые убеждают, что в отходах солнечных батарей содержатся токсичные элементы, которые могут внедриться в землю, если панели утилизируются на свалках. Кроме того, из-за этих токсичных элементов, в том числе кадмия, свинца и сурьмы, рециркуляция солнечных батарей представляет собой проблему. Проблема заключается в том, что, хотя 90 процентов панели – это стекло, и его нельзя просто переработать, как любое другое стекло, из-за примесей.[1]

Несмотря на пандемию и общее падение энергопотребления, объём солнечной генерации в мире вырос в прошлом году на 16%, при этом, по данным Международного энергетического агентства, пятую часть всех введённых в строй фотоэлектрических панелей составили небольшие «частные» установки. Эксперты BloombergNEF (агенство экономических новостей, поставляющее финансовую информацию для профессиональных участников финансовых рынков по всему миру) прогнозируют, что в 2023 году в одной только Америке, жители установят более 3,5 ГВт фотоэлектрических панелей. У этого быстрого роста есть и иная сторона. В национальной лаборатории возобновляемой энергетики США (NREL), сделали вывод, что к 2030 году заказ с закончившимся сроком эксплуатации фотоэлектрических панелей превысит 1 млн тонн, а к 2050 году – 79 млн тонн. Как показывает практика, процесс переработки не ведется почти вообще – прошедшие свой срок эксплуатации батареи просто складируются, как опасные отходы, либо как обычное стекло. В NREL создала комплекс мер по ликвидации этой проблемы и привели доводы того, как она решается сегодня. Главное проблема к переработке батарей – стоимость данного процесса.[2]

“Чтобы получить полезных элементов на 2$, мы должны потратить $15–25 на разбор панели”, – цитата вице-президента компании We Recycle Solar(американская компания альтернативной энергетике) Эйа Джейя Орбена (AJ Orben).

По закону о сбережении и восстановлении ресурсов (Resource Conservation and Recovery Act), фотоэлектрические панели должны проходить тест на токсичность. После положительного прохождения данного теста, отслужившая панель может быть доставлена на обычный мусорный полигон.[3]

Если же тест отрицательный, то панель отправляют уже на специализированную фабрику или в специальный центр по переработке таких панелей. Главный недостаток состоит в том, что эта услуга пока очень дорогая, а захоронение PV-панелей на свалках обычных отходов опасно – в первую очередь из-за содержания в них токсичных веществ, в том числе свинца.

«Чем больше будет продаваться и устанавливаться солнечных панелей, тем дешевле будет их перерабатывать – просто за счёт эффекта масштаба», – уверен старший научный сотрудник NREL Гарвин Хит (Garvin Heath).[4]

В итоге мы сталкиваемся с типичной обывательской проблемой финансов. Будут ли они это делать – большой вопрос. Сегодня производители утверждают, что срок эксплуатации панелей составляет 25 лет, но, как нам известно, солнечная энергетика в начале 2000-х слабо развивалась (про утилизацию тогда вопрос редко поднимался), исходя из этого, уже ближе к 2023 году мир испытает реальную проблему их утилизации.

Переработка панелей была бы в разы выгоднее, если бы компании разработали систему отделения кремния и серебра из них. Пока лишь несколько компаний в мире пытаются этим заниматься. Например, французская Veolia (французская многопрофильная компания, базирующаяся в Париже) разработала технологию отделения кремния с помощью оптических сенсоров.

Проводя исследования, NREL утверждает, что благодаря высокой температуре нагрева и специальных химикатов возможно отделить кремний от стекла с высокой степенью очистки первого.

Кроме того, в NREL предлагают отраслевым «игрокам» как следует поразмыслить над тем, чтобы перепрофилировать использованные панели, когда это возможно, учитывая, что стоимость целого изделия выше стоимости его компонентов и что повторное использование менее энергозатратно, чем переработка.

По прогнозам NREL, объём рынка переработки PV-панелей может составить $60 млн к 2030 году и $2 млрд – к 2050 году. Развитие этой индустрии, помимо сбережения ресурсов и снижения нагрузки на экологию, сделает более стабильными цепочки поставок компонентов для новых панелей и снизит затраты для PV-производителей. В конце, уверены в лаборатории, всё это скажется на росте «зелёной» экономики. Но для этого государству нужно поддерживать сопутствующие научные исследования и разработки, которые позволили бы сделать панели более пригодными для восстановления, повторного использования и переработки.

Также, очень важный аспект, это изменение законодательства, создание нормативных актов, которые базируются на реализации безопасной эксплуатации, хранение, транспортировку, повторное использование и переработку панелей.

В NREL полагают, что для панелей, отслуживших своё, но не получивших повреждений и находящихся в рабочем состоянии, можно и нужно продлевать срок эксплуатации. Для этого нужны соответствующие регуляторные изменения, в том числе возможность соглашения с сетевыми и коммунальными компаниями. Ремонт солнечных панелей обходится в среднем в $500 за кВт. Если система пострадала от урагана, сумма может возрасти до $750, но в любом случае это дешевле установки новых батарей. Если же ремонт или модернизация нецелесообразны, единственным вариантом остаётся вывод из эксплуатации, но здесь нужно пересматривать налоговое законодательство, ведь зачастую энергосистемы с СЭС обладают существенными налоговыми льготами.

Следуют отметить, что правительство США признает существующую проблему.

NREL утверждает, что постепенно в регионах США начинают появляться нормативные акты, регулирующие обращение с PV-отходами. Например, в Калифорнии ввели общее правила обращения с отходами, регулирующие транспортировку, хранение и переработку выведенного из строя оборудования (PV).

Есть мнения, что отходы солнечных батарей не особенно вредны. Например, автор статьи в австралийской «Renew Economy» утверждает, что «типичный срок службы панели составляет 30 лет, и поэтому каждый год на одного человека будет выходить всего 2 квадратных метра панели весом 20 кг, почти все из которых пригодны для переработки. Это 1% годового объема твердых отходов, образующихся на человека, и одна часть на тысячу веса австралийских годовых выбросов углекислого газа на человека. Для сравнения, автомобиль обычно весит 1500 кг и “живет” 10 лет, в результате чего в среднем образуется 150 кг отходов в год».

Эндрю Блейкерс (директор Центра устойчивых энергетических систем Австралийского национального университета) также отмечает, что большая часть солнечных батарей состоит из стекла, небольшого количества кремния, который не токсичен, и «в небольших количествах меди, серебра, алюминия и очень небольшого количества припоя».

Международное энергетическое агентство также утверждает, что самые популярные солнечные панели в мире несут небольшой риск для здоровья человека. Но не все согласны.[5]

Так следует и уточнить процесс производства и существующие пока на сегодня проблемы:

Основой фотоэлектрических панелей являются полупроводниковые ячейки. Около 80% из них создается на базе кремния, 15% приходится на долю редкоземельных элементов, 5% составляют другие материалы.

Проблема №1. В процессе производства кремниевых батарей используются не только базовые, но и вспомогательные химические элементы. Например, алюмофторид натрия, пары которого ядовиты и могут вызывать серьезные повреждения кожных покровов, слизистых оболочек и ЦНС. До 99,5% канцерогенов при заводском производстве улавливается очистными фильтрами, но часть из них все же попадает в атмосферу. И это остается одним из факторов вреда солнечных панелей для экологии.

Проблема №2. Для изготовления редкоземельных фотоэлектрических панелей применяются еще более токсичные материалы, в частности германий, кадмий, теллур, фосфор и некоторые другие. Создание этой категории фотовольтаики сопровождается еще более строгими требованиями к безопасности, и на этапе производства опасные выбросы в окружающую среду практически отсутствуют.

Проблема №3. Вред для атмосферы, воды и грунтов в процессе сборки солнечной продукции в основном связан с качеством технологических процессов. И если американские, европейские или японские заводы строго соблюдают требования безопасности, в Китае уровень заботы об экологии часто оставляет желать лучшего.

По подсчетам некоторых экологов (часто, довольно сомнительных специалистов), изготовление фотоэлектрического оборудования в среднем на 40-50% более токсично в пересчете на единицу энергии, чем углеводородное производство. Однако это лишь первый этап полного цикла существования источников энергии, без учета «чистой» многолетней работы СЭС.

Кроме того, быстро совершенствующиеся батареи третьего поколения на основе органики, квантовых точек или перовскитов практически полностью безопасны. И через 10-15 лет о вреде для экологии новых солнечных панелей можно будет забыть.

Подводя итоги, можно заметить, что США далеко продвинулась в реализации процессов утилизации солнечных батарей, обусловлено это в первую очередь, тем, что это страна в списке ведущих по альтернативной энергетике. В настоящее время многие компании озабочены тем, чтобы сделать процесс переработки панелей наиболее экологически чистым для окружающей среды. Многие из химических веществ имеют большой потенциал для переработки из-за их ценности. Новые технологии также проложили путь для использования в процессе создания и утилизации модулей органических продуктов, которые оказывают меньшее воздействие на окружающую среду. В этом и есть большой плюс для нас, как жителей другой страны, так как мы сможем принять, адаптировать под себя опыт наших условных соседей. Тем самым добиться максимального успеха в этой сфере.

Список литературы:

1. Forbes [Электронный ресурс].– Режим доступа: https://www.forbes.com/sites/michaelshellenberger. – Дата доступа: 24.11.2021.
2. Григорий Вольф -Integral [Электронный ресурс].– Режим доступа: https://integral-russia.ru/2021/05/26/otrabotavshie-solnechnye-batarei.– Дата доступа: 24.11.2021
3. Resource Conservation and Recovery Act [Электронный ресурс].– Режим доступа: https://www.epa.gov.– Дата доступа: 24.11.2021.
4. Garvin Heath|NREL [Электронный ресурс].– Режим доступа: https://www.nrel.gov/research/staff/garvin-heath.html. – Дата доступа: 24.11.2021.
5. RenewEconomy [Электронный ресурс].– Режим доступа: https://reneweconomy.com.au/reneweconomy-unveils-interactive-maps-of-australias-big-wind-and-solar-farms. – Дата доступа: 24.11.2021.