Comment la pyrolyse aide à séparer les matériaux composites: Aperçus du projet de Yangzhou de Jinpeng
Un panneau solaire peut produire de l'électricité pendant vingt à trente ans. Cependant, une fois qu'il atteint la fin de sa durée de vie, un autre défi commence. Ce qui semble être une simple combinaison de verre et de cadre en aluminium est en réalité un composite multicouche étroitement laminé. Récupérer ses matériaux signifie séparer ces couches sans endommager inutilement le verre, les cellules de silicium et les métaux, ni transférer la charge environnementale à un autre processus.
Un panneau solaire est un empilement de matériaux maintenu ensemble par conception
Les parties les plus visibles d'un module photovoltaïque en silicium cristallin sont le verre avant et le cadre en aluminium. Sous le verre se trouvent des films encapsulants en EVA ou POE, des cellules en silicium, des rubans de cuivre, des contacts contenant de l'argent et un dos du panneau. Ces matériaux sont laminés ensemble pour que le module puisse résister à des décennies de chaleur, d'humidité, de vent et d'exposition aux ultraviolets.
Cette durabilité crée le problème central du recyclage: plus la liaison est forte pendant l'utilisation, plus il est difficile de séparer les matériaux en fin de vie. Le concassage direct est simple, mais il peut briser le verre, le silicium et les métaux en particules mélangées, réduisant l'efficacité de la séparation et la valeur des matériaux. Les méthodes chimiques peuvent cibler des couches spécifiques, mais il faut tenir compte de la consommation de réactifs, du traitement des effluents liquides et des coûts. La combustion à haute température nécessite également un contrôle attentif des émissions, en particulier lorsque des films arrière fluorés sont présents.
Pourquoi la pyrolyse peut servir d'étape de délamination
Un projet de recyclage de modules photovoltaïques est actuellement en cours d'installation à Yangzhou, dans la province du Jiangsu. L'approche consiste à ne pas brûler les panneaux complets. Les cadres en aluminium, les boîtiers de jonction et les câbles sont retirés en premier. La structure restante du module est ensuite chauffée dans un environnement scellé et pauvre en oxygène, afin que l'encapsulant et certains polymères de la couche arrière se décomposent et perdent progressivement leur fonction de liaison.
Si un module retiré est comparé à un stratifié fortement compressé, le concassage direct est similaire à écraser toute la pile d'un coup. La délamination par pyrolyse se rapproche davantage de l'option consistant à desserrer d'abord l'adhésif entre les couches. Le but est de préserver l'intégrité relative du verre, des cellules et des rubans partout où cela est possible, créant de meilleures conditions pour la séparation, le nettoyage et le raffinage des matériaux en aval.
Comment un module en fin de vie passe par le processus de recyclage
Résumé du processus: identification et démantèlement des modules → réduction de taille si nécessaire → délaminage par pyrolyse sous atmosphère scellée à faible teneur en oxygène → condensation du pétrole et du gaz et traitement des gaz résiduaires → séparation du verre, des cellules et des rubans → affinage des matériaux en aval et réutilisation.
1. Identifier et démonter le module. Les modules à dos en verre, les modules double-verre et les différentes formulations de dos ne nécessitent pas le même prétraitement ni les mêmes stratégies de contrôle des émissions. Après identification, les cadres en aluminium, les boîtiers de jonction et les câbles peuvent être retirés afin que les matériaux ne nécessitant pas de traitement thermique n'entrent pas dans le système de pyrolyse.
2. Effectuez une délamination par pyrolyse contrôlée. Les polymères encapsulants se décomposent lorsqu'ils sont chauffés en conditions de faible oxygène. Les vapeurs résultantes passent aux systèmes de condensation et de purification des gaz. Sous réserve des exigences de sécurité et de contrôle des processus, le gaz combustible non condensable peut être priorisé comme source de chaleur supplémentaire pour le système. Les rendements en huile et en gaz ne sont pas fixes; ils dépendent du type de polymère, de la teneur en polymère et des conditions de fonctionnement.
3. Séparer et affiner les matériaux solides. Après la délamination, le verre, les cellules de silicium, les rubans de cuivre et d'autres composants passent au nettoyage, au tri ou au raffinage. La pyrolyse améliore la séparabilité; la possibilité pour chaque fraction d'entrer sur un marché à plus haute valeur dépend encore du traitement en aval et des spécifications de qualité du destinataire.
Quels matériaux peuvent être récupérés après la pyrolyse?
La pyrolyse ne transforme pas un module photovoltaïque en un seul produit. Elle libère des matériaux qui étaient précédemment liés afin qu'ils puissent être traités par des voies de récupération distinctes. La valeur principale réside généralement dans l'aluminium, le verre, le silicium et les métaux, plutôt que seulement dans la quantité relativement faible d'huile et de gaz produite à partir des couches de polymère.
| Matériau ou composant | Étape de traitement primaire | Circuit de récupération potentiel |
|---|---|---|
| Cadre en aluminium, boîte de jonction et câbles | Démontage de l'avant | Récupération séparée de l'aluminium, du cuivre et des composants réutilisables |
| Verre | Délaminage, séparation et nettoyage par pyrolyse | Réutilisation via un canal de récupération du verre approprié après test de qualité |
| Cellules ou fraction contenant du silicium | Séparation après délaminage et affinage supplémentaire | Récupération du silicium ou autres applications matérielles |
| Rubans et fractions contenant du cuivre/argent | Tri physique et raffinage métallurgique ou chimique | Récupération des métaux non ferreux et précieux |
| Polymères de l’encapsulant et du dos sélectionné | Pyrolyse, condensation et traitement des gaz | Liquide condensé ou gaz de combustion de procédé, soumis à des tests et à la conformité locale |
Table1. Principaux composants des modules photovoltaïques en silicium cristallin en fin de vie et voies potentielles de récupération.
La pyrolyse signifie-t-elle automatiquement un recyclage sans pollution?
Non. La pyrolyse évite le contact direct entre le matériau et une flamme nue et facilite la collecte des gaz de procédé dans un système fermé. Cependant, choisir la pyrolyse ne garantit pas automatiquement des émissions conformes. La performance environnementale dépend de savoir si l'identification des matières premières, l'alimentation étanche, le contrôle de la température et de la pression, la condensation des vapeurs, la gestion des gaz non condensables, la purification des gaz résiduaires et la surveillance opérationnelle fonctionnent comme un système intégré.
Les couches arrière fluorées nécessitent une attention particulière. Les matériaux des modules varient selon la période de production et le fabricant. Un projet doit identifier dès le départ les composants sensibles au fluor, au chlore et autres, et configurer en conséquence des unités appropriées d'absorption, d'adsorption ou de traitement des gaz. Les recherches publiques de l'IEA PVPS Task 12 montrent également que le recyclage pratique des modules photovoltaïques combine généralement le démontage, le traitement mécanique, le traitement thermique, le traitement chimique et le raffinage en aval, plutôt que de se fier à une seule technologie.
Ce que le projet de Yangzhou démontre pour Jinpeng
La pyrolyse est surtout reconnue pour le traitement des pneus usagés et des plastiques. Le principe sous-jacent peut également être appliqué à d'autres matières premières contenant des fractions organiques décomposables thermiquement appropriées, y compris certaines boues pétrolières, la biomasse et les déchets composites industriels. Chaque matière première se comporte différemment, de sorte que la conception du réacteur, la température de fonctionnement, le temps de séjour, la condensation et le traitement des gaz doivent être adaptés au matériau. Il n'existe pas de jeu universel de paramètres capable de traiter efficacement chaque flux de déchets.
Pour Jinpeng, le projet de Yangzhou n'est pas simplement une autre installation de réacteur. Il applique l'expérience établie en traitement thermique à un nouveau contexte de matériaux composites. Le système doit connecter le démantèlement en amont, l'alimentation stable, la délamination par pyrolyse, la gestion des vapeurs, le contrôle des émissions et les interfaces de séparation en aval. Le succès dépend non seulement de la capacité du réacteur à atteindre la température requise, mais aussi de la possibilité d'organiser ces étapes en une voie pratique de valorisation des ressources.
Fondée en 2008, Shangqiu Jinpeng Industrial Co., Ltd. développe et fabrique des équipements de pyrolyse, de distillation et de récupération de ressources associées. L'entreprise a livré plus de 1,600 ensembles d'équipements, détient plus de 60 brevets et certificats, et maintient ISO 9001, ISO 14001 et les certifications pertinentes CE.
Ces chiffres démontrent une expérience accumulée, mais un projet dépend en fin de compte de la livraison continue à travers l'analyse des matières premières, la conception des procédés, la fabrication, l'installation, la mise en service et la formation des opérateurs. Le projet de Yangzhou représente donc plus qu'une simple référence d'équipement supplémentaire: il montre le développement continu de Jinpeng, passant d'un fabricant d'équipements de pyrolyse à un partenaire en ingénierie pour des solutions intégrées de transformation des déchets en produits.
Le recyclage photovoltaïque nécessite une chaîne de valeur complète
À mesure que les générations précédentes de modules solaires arrivent en fin de vie, l'industrie doit s'assurer que les équipements d'énergie propre sont gérés de manière responsable à la fin de leur cycle de vie. La performance du recyclage ne devrait pas être évaluée uniquement en fonction du traitement d'un module. Elle devrait également être mesurée en fonction de l'efficacité de la séparation des matériaux, du contrôle des émissions et des résidus, et de la fiabilité des destinations en aval des fractions récupérées.
La pyrolyse n'est pas la seule solution pour le recyclage des modules photovoltaïques, et elle ne devrait pas être présentée comme un raccourci qui remplace toutes les autres étapes. Sa valeur pratique est plus spécifique: elle peut traiter l'une des étapes les plus difficiles de la récupération des matériaux composites en décomposant les couches de liaison en polymère et en ouvrant une voie vers la séparation mécanique, le raffinage et la réutilisation. Le projet de Yangzhou illustre comment la technologie de traitement thermique peut s'étendre des applications classiques de déchets à l'utilisation circulaire des matériaux d'énergie nouvelle.
Note de référence
Les limites techniques décrites dans cet article sont basées sur le rapport public du Task 12 de l'IEA PVPS sur le recyclage des modules photovoltaïques, les informations publiées par l'entreprise Jinpeng et les informations réelles de projets de Yangzhou.
Avertissement: La capacité de traitement, les taux de récupération, la distribution des produits et la qualité des produits dépendent de la composition des matières premières, de la conception du module, des paramètres de fonctionnement, des conditions réelles de l'usine et des exigences locales du projet. Cet article ne constitue pas une garantie de performance pour un projet spécifique.