Wie Pyrolyse hilft, Verbundmaterialien zu trennen: Einblicke aus dem Yangzhou-Projekt von Jinpeng
Ein Solarpanel kann zwanzig bis dreißig Jahre lang Strom erzeugen. Sobald es jedoch das Ende seiner Lebensdauer erreicht, beginnt eine andere Herausforderung. Was als einfache Kombination aus Glas und einem Aluminiumrahmen erscheint, ist tatsächlich ein fest laminiertes, mehrschichtiges Verbundmaterial. Die Rückgewinnung seiner Materialien bedeutet, diese Schichten zu trennen, ohne das Glas, die Siliziumzellen und Metalle unnötig zu beschädigen - oder die Umweltbelastung auf einen anderen Prozess zu verlagern.
Ein Solarpanel ist ein Materialstapel, der durch Design zusammengehalten wird
Die sichtbarsten Teile eines kristallinen Silizium-Photovoltaikmoduls sind das Frontglas und der Aluminiumrahmen. Unter dem Glas befinden sich EVA- oder POE-Einkapselungsfolien, Siliziumzellen, Kupferbänder, silberhaltige Kontakte und ein Rückseitenblatt. Diese Materialien werden laminiert, damit das Modul über Jahrzehnte Hitze, Feuchtigkeit, Wind und UV-Strahlung standhalten kann.
Diese Haltbarkeit schafft das zentrale Recyclingproblem: Je stärker die Bindung während der Nutzung ist, desto schwerer sind die Materialien am Ende ihrer Lebensdauer zu trennen. Direktes Zerkleinern ist unkompliziert, kann jedoch Glas, Silizium und Metalle in gemischte Partikel zerbrechen, wodurch die Trenneffizienz und der Materialwert verringert werden. Chemische Verfahren können gezielt bestimmte Schichten ansprechen, aber der Verbrauch von Reagenzien, die Behandlung von flüssigen Abfällen und die Kosten müssen berücksichtigt werden. Hochtemperaturverbrennung erfordert ebenfalls eine sorgfältige Kontrolle der Emissionen, insbesondere wenn fluorierte Rückseiten vorhanden sind.
Warum Pyrolyse als Schritt zur Delaminierung dienen kann
Ein Projekt zur Recycling von photovoltaischen Modulen wird derzeit in Yangzhou, Provinz Jiangsu, installiert. Der Ansatz besteht nicht darin, komplette Paneele zu verbrennen. Aluminiumrahmen, Anschlussdosen und Kabel werden zuerst entfernt. Die verbleibende Modulstruktur wird dann in einer versiegelten, sauerstoffarmen Umgebung erhitzt, sodass das Verkapselungsmaterial und ausgewählte Rückseitenpolymere zerfallen und nach und nach ihre Bindungsfunktion verlieren.
Wenn ein außer Betrieb genommenes Modul mit einem stark komprimierten Laminat verglichen wird, ist direktes Zerstampfen vergleichbar damit, den gesamten Stapel auf einmal zu zertrümmern. Pyrolyse-Delamination ist eher vergleichbar damit, zuerst den Klebstoff zwischen den Schichten zu lösen. Ziel ist es, die relative Integrität des Glases, der Zellen und der Bänder so weit wie möglich zu erhalten, um bessere Bedingungen für die nachfolgenden Trennungs-, Reinigungs- und Materialverfeinerungsprozesse zu schaffen.
Wie ein ausgedientes Modul den Recyclingprozess durchläuft
Prozessübersicht: Modulidentifikation und -demontage → Größenreduktion, wo erforderlich → versiegelte sauerstoffarme Pyrolyse-Delamination → Öl-Gas-Kondensation und Abgasbehandlung → Trennung von Glas, Zellen und Bändern → nachgelagerte Materialaufbereitung und Wiederverwendung.
1. Identifizieren und demontieren Sie das Modul. Module mit Glasrückseite, Doppelglasmodule und verschiedene Rückseitenformulierungen erfordern keine identischen Vorbehandlungen oder Emissionskontrollstrategien. Nach der Identifizierung können Aluminiumrahmen, Anschlussdosen und Kabel entfernt werden, damit Materialien, die keiner thermischen Behandlung bedürfen, nicht in das Pyrolysesystem gelangen.
2. Führen Sie eine kontrollierte Pyrolyse-Delamination durch. Verkapselnde Polymere zersetzen sich unter sauerstoffbegrenzter Erwärmung. Die entstehenden Dämpfe gelangen zu Kondensations- und Gasreinigungssystemen. Unter Beachtung der Prozesssicherheits- und Steuerungsanforderungen kann brennbares, nicht kondensierbares Gas als ergänzende Wärmequelle für das System bevorzugt genutzt werden. Öl- und Gasausbeuten sind nicht festgelegt; sie hängen vom Polymertyp, Polymergehalt und den Betriebsbedingungen ab.
3. Trennen und veredeln Sie die festen Materialien. Nach der Delamination gelangen Glas, Siliziumzellen, Kupferbänder und andere Komponenten zur Reinigung, Sortierung oder Veredelung. Pyrolyse verbessert die Trennbarkeit; ob jede Fraktion in einen höherwertigen Markt gelangt, hängt weiterhin von der nachgelagerten Verarbeitung und den Qualitätsvorgaben des Empfängers ab.
Welche Materialien können nach der Pyrolyse zurückgewonnen werden?
Pyrolyse wandelt ein Photovoltaikmodul nicht in ein einziges Produkt um. Sie setzt Materialien frei, die zuvor miteinander verbunden waren, sodass sie über separate Rückgewinnungswege gehandhabt werden können. Der Hauptwert liegt in der Regel in Aluminium, Glas, Silizium und Metallen und nicht nur in der relativ geringen Menge an Öl und Gas, die aus Polymerlagen gewonnen wird.
| Material oder Bauteil | Primäre Verarbeitungsstufe | Potentieller Rückgewinnungsweg |
|---|---|---|
| Aluminiumrahmen, Anschlusskasten und Kabel | Demontage der Vorderseite | Getrennte Rückgewinnung von Aluminium, Kupfer und wiederverwendbaren Komponenten |
| Glas | Pyrolyse-Delaminierung, Trennung und Reinigung | Wiederverwendung über einen geeigneten Glasrückgewinnungskanal nach Qualitätsprüfung |
| Zellen oder siliziumhaltiger Anteil | Nach-Delaminierungs-Trennung und weitere Aufbereitung | Siliziumrückgewinnung oder andere Materialanwendungen |
| Bänder und kupfer-/silberhaltige Fraktionen | Physikalische Sortierung und metallurgische oder chemische Raffination | Rückgewinnung von Nichteisen- und Edelmetallen |
| Kapselmaterial und ausgewählte Rückseitenpolymer | Pyrolyse, Kondensation und Gasbehandlung | Verflüssigtes Gas oder Prozessbrennstoffgas, unterliegt Tests und lokaler Einhaltung |
Tisch1. Hauptbestandteile von Photovoltaikmodulen aus kristallinem Silizium am Ende ihrer Lebensdauer und potenzielle Rückgewinnungsmöglichkeiten.
Bedeutet Pyrolyse automatisch umweltfreundliches Recycling?
Nein. Die Pyrolyse vermeidet den direkten Kontakt zwischen dem Material und einer offenen Flamme und erleichtert die Sammlung von Prozessgasen in einem geschlossenen System. Die Wahl der Pyrolyse garantiert jedoch nicht automatisch konforme Emissionen. Die Umweltleistung hängt davon ab, ob die Identifizierung des Rohmaterials, das geschlossene Zuführen, die Temperatur- und Druckregelung, die Kondensation von Dämpfen, das Management nicht kondensierbarer Gase, die Reinigung der Abgase und die Betriebsüberwachung als ein integriertes System funktionieren.
Fluorierte Rückseiten erfordern besondere Aufmerksamkeit. Die Modulmaterialien variieren je nach Produktionszeitraum und Hersteller. Ein Projekt sollte fluor-, chlor- und andere empfindliche Bestandteile bereits zu Beginn identifizieren und entsprechend geeignete Absorptions-, Adsorptions- oder andere Gasbehandlungsanlagen konfigurieren. Öffentliche Forschung der IEA PVPS Task 12 zeigt außerdem, dass die praktische Photovoltaikmodul-Recycling normalerweise eine Kombination aus Demontage, mechanischer Verarbeitung, Wärmebehandlung, chemischer Behandlung und nachgelagerter Raffination beinhaltet, anstatt sich auf eine einzelne Technologie zu verlassen.
Was das Yangzhou-Projekt für Jinpeng demonstriert
Pyrolyse ist am weitesten bekannt für die Behandlung von Abfallreifen und Kunststoffen. Das zugrundeliegende Prinzip kann auch für andere Rohstoffe bewertet werden, die geeignete thermisch zersetzbare organische Fraktionen enthalten, einschließlich ausgewählter Ölschlamme, Biomasse und industriellen Verbundabfällen. Jeder Rohstoff verhält sich unterschiedlich, daher müssen Reaktordesign, Betriebstemperatur, Verbleibszeit, Kondensation und Gasbehandlung auf das Material abgestimmt werden. Es gibt keinen universellen Parametersatz, der jeden Abfallstrom effektiv verarbeiten kann.
Für Jinpeng ist das Yangzhou-Projekt nicht einfach eine weitere Reaktorinstallation. Es wendet bewährte Erfahrungen im thermischen Verfahren auf einen neuen Verbundwerkstoffkontext an. Das System muss die Frontend-Demontage, die stabile Zuführung, die Pyrolyse-Delamination, die Dampfbehandlung, die Emissionskontrolle und die Schnittstellen zur nachgelagerten Trennung miteinander verbinden. Der Erfolg hängt nicht nur davon ab, ob ein Reaktor die erforderliche Temperatur erreichen kann, sondern auch davon, ob diese Stufen zu einem praktikablen Ressourcenrückgewinnungsweg organisiert werden können.
Gegründet in 2008, entwickelt und produziert Shangqiu Jinpeng Industrial Co., Ltd. Pyrolyse-, Destillations- und verwandte Anlagen zur Ressourcengewinnung. Das Unternehmen hat mehr als 1,600 Gerätesätze geliefert, besitzt über 60 Patente und Zertifikate und unterhält ISO 9001, ISO 14001 und entsprechende CE Zertifizierungen.
Diese Zahlen zeigen gesammelte Erfahrung, aber ein Projekt hängt letztendlich von einer kontinuierlichen Lieferung über Rohstoffanalyse, Prozessdesign, Herstellung, Installation, Inbetriebnahme und Schulung der Betreiber ab. Das Projekt Yangzhou stellt daher mehr als nur eine zusätzliche Geräte-Referenz dar: Es zeigt Jinpengs kontinuierliche Entwicklung von einem Hersteller von Pyrolyseanlagen zu einem Engineering-Partner für integrierte Abfall-zu-Produkt-Lösungen.
Photovoltaik-Recycling erfordert eine komplette Wertschöpfungskette
Während frühere Generationen von Solarmodulen in den Ruhestand gehen, muss die Branche sicherstellen, dass saubere Energietechnik am Ende ihrer Lebensdauer verantwortungsvoll verwaltet wird. Die Leistung des Recyclings sollte nicht nur daran gemessen werden, ob ein Modul verarbeitet wird. Sie sollte auch danach bewertet werden, ob Materialien effektiv getrennt werden, Emissionen und Rückstände kontrolliert werden und die zurückgewonnenen Fraktionen zuverlässige nachgelagerte Bestimmungsorte haben.
Pyrolyse ist nicht die einzige Lösung für das Recycling von Photovoltaikmodulen und sollte nicht als Abkürzung dargestellt werden, die jeden anderen Schritt ersetzt. Ihr praktischer Wert ist spezifischer: Sie kann eine der schwierigsten Phasen bei der Rückgewinnung von Verbundmaterialien bewältigen, indem sie Polymerbindungsschichten auflöst und einen Weg zur mechanischen Trennung, Aufbereitung und Wiederverwendung eröffnet. Das Projekt in Yangzhou zeigt, wie Thermoverarbeitungstechnologie von herkömmlichen Abfallanwendungen auf die zirkuläre Nutzung von Materialien für neue Energien ausgeweitet werden kann.
Referenznotiz
Die in diesem Artikel beschriebenen technischen Grenzen werden durch die öffentliche IEA PVPS Task informiert12Bericht über das Recycling von Photovoltaikmodulen, veröffentlichte Unternehmensinformationen von Jinpeng und tatsächliche Projektinformationen aus Yangzhou.
Haftungsausschluss: Verarbeitungskapazität, Rückgewinnungsraten, Produktverteilung und Produktqualität hängen von der Zusammensetzung des Ausgangsstoffs, dem Modullayout, den Betriebsparametern, den tatsächlichen Anlagenbedingungen und den lokalen Projektanforderungen ab. Dieser Artikel stellt keine Leistungsgarantie für ein bestimmtes Projekt dar.