L'industria del fotovoltaico continua ad accreditarsi come tecnologia che affronta una delle sfide fondamentali del nostro tempo: il cambiamento climatico.
Il suo forte sviluppo degli ultimi anni, ha evidenziato la necessità di trovare un metodo sostenibile per lo smaltimento dei panelli Fotovoltaici una volta raggiunta la fine della loro vita. Ad esempio, nel 2008 in Europa si è raggiunta la cifra di 3.800 tonnellate di pannelli tra i rifiuti. Tuttavia, questa stima dovrebbe raddoppiare ogni due a quattro anni, e si prevede che accumuleremo 35.000 tonnellate di rifiuti nel 2020.

Quantità dei rifiuti stimata (Fonte FV CYCLE, novembre 2007)

Rifiuti di varie tecnologie generati in Europa (Fonte: FV CYCLE)

La maggior parte dei produttori europei del settore fotovoltaico sono tedeschi e proprio la Germania è il mercato più grande del mondo per il FV. Data la sua leadership, non sorprende che la Germania è il primo paese europeo a trovarsi con grandi volumi di moduli FV che hanno già raggiunto la fine della loro vita operativa, introducendo così il problema dello smaltimento. La logica suggerisce che la Germania sarà il primo paese a sviluppare i servizi dedicati al recupero del materiale fotovoltaico.
In Europa, il secondo posto in termini di panelli installati, è detenuto dalla Spagna, seguita dai Paesi Bassi, Italia, Francia, Austria, Lussemburgo e Regno Unito.

Perché riciclare?

I panelli FV contengono materiali di alto valore che, in molti casi, possono essere recuperati, con indubbi vantaggi economici. Infatti, la carenza di materiali - un esempio è silicio – possono limitare la crescita del settore ed aumentare i prezzi. Il riciclaggio può facilitare lo sviluppo economico del FV ed essere utile per mantenere i prezzi contenuti.

È già chiaro dallo sviluppo del mercato FV che qualsiasi sistema di riciclaggio deve essere in grado di trattare una vasta gamma di prodotti diversi. La chiave dello sviluppo futuro sta nell’integrare il riciclaggio già nei nuovi prodotti. Un esempio: l’uso di moduli senza cornice, che hanno eliminato il telaio in alluminio presente nei tipi precedenti.

Secondo la dott.ssa Karsten Wambach di Deutsche Solar i flussi di rifiuti sono al momento molto piccoli, quindi il riciclaggio è difficilmente praticabile oggi. In futuro, però, con flussi di rifiuti maggiori, sarà una necessità. I produttori FV sono ben consapevoli della loro responsabilità e si prenderanno cura del riciclaggio su base volontaria. Il nuovo sistema avrà standard di riciclaggio elevati, con servizi offerti da enti certificati e controllati.

Far diventare ogni produttore responsabile per l'impatto del ciclo di vita dei suoi prodotti, sarebbe un incentivo per la progettazione e produzione di pannelli FV più facili da riciclare e smaltire.

Mulvaney da Switzer Fellow, esperto nelle scienze ambientali e ricercatore di SVTC (Silicon Valley Toxics Coalition) suggerisce che le aziende possono usare il riciclaggio come attività di branding, guadagnando indirettamente piuttosto che dal riciclo stesso. Come acquirenti di pannelli solari tendono ad essere già convertiti all’ecologia.

Crede che riciclaggio potrebbe aumentare la competitività delle imprese del mercato?

"Il riciclaggio può risultare un obbligo da includere nelle varie norme del settore FV."
Direttore di FV Cycle Jan Clyncke invece ritiene, che il riciclaggio dei moduli FV è già economicamente e tecnicamente fattibile:
non ci sono molte aziende che riciclano e ci sono già i moduli FV da essere riciclati. Inoltre, lentamente, i generatori FV più antichi stanno raggiungendo la fine del loro ciclo di vita e devono essere riciclati ... questo dovrebbe essere un trend di crescita, con un aumento significativo dopo il 2020.

Attualmente ci sono due processi nel mercato gestiti su scala reale:
- il processo di trattamento di First Solar, usato per i moduli CdTe.
- il processo di trattamento di Deutsche Solar, sfruttato principalmente per i moduli in silicio cristallino.
Processi per le altre tecnologie sono ancora in fase di sviluppo.

1. First Solar ha sviluppato un processo per riciclaggio dei CdTe, panelli a pellicole sottili. First Solar gestisce la logistica della raccolta dei moduli FV a fine vita, e fornisce l’imballaggio e il trasporto verso un centro di riciclaggio. Inoltre, finanzia sia la raccolta che il programma di riciclaggio, mettendo da parte fondi al momento della vendita del modulo.

Processo di riciclaggio:

• I moduli sono triturati in pezzi di grandi dimensioni, prima di essere schiacciati a pezzi da un mulino a martelli (inferiori a 5 mm), per rompere i legami di laminazione;
• Le pellicole del semiconduttore sono rimosse in un bidone. Questo processo dura 4-6 ore. Un sottile strato di acido solforico e perossido di idrogeno è aggiunto al vetro per ottenere un ottimale rapporto solido-liquido. Le pellicole sono separate dal vetro;
• Il vetro viene separato dai liquidi in un recipiente;
• Il materiale è poi trasferito in un vaglio vibrante che separa il vetro dai pezzi più grandi di acetato di etilene vinile (EVA). L'EVA viene raccolto e depositato in un altro nastro trasportatore;
• Dopo esser stato pulito, il vetro viene depositato nei contenitori per il riciclaggio e le acque di lavaggio vengono pompate in un sistema di precipitazioni per il recupero dei metalli comuni;
• I composti metallici sono precipitati in tre fasi a pH crescente con aiuto di idrossido di sodio. Le parti solide, dopo che sono stabilizzate e trasformate in un filter ricco di metalli, sono espulse per ulteriore/prossima elaborazione (possono essere riusate come materie prime per la produzione di nuovi panelli FV).
  

Mentre i componenti principali della parte attiva delle più sottili pellicole prodotte, indio e tellurio, sono gli elementi non particolarmente rari - entrambi sono ottenuti come sottoprodotti della produzione dei metalli, rame e zinco – l’offerta e la domanda possono ancora influire molto sul potenziale di crescita.

L'impatto ambientale dei processi di riciclo delle pellicole sottili è trascurabile in confronto ai processi della loro produzione; è ragionevole concludere che il riciclaggio di tali moduli si tradurrà in un minor impatto ambientale.

Tasso di successo:
Il processo può recuperare il 90% del vetro per l'utilizzo in nuovi prodotti e il 95% dei materiali semiconduttori per l'impiego in nuovi panelli FV.
Il recupero di tellurio è di circa l’80% e può essere venduto - classe commerciale (99,7% Te).

2. Deutsche Solar ha invece presentato un impianto di riciclaggio pilota nel 2003 e lanciato un progetto di riciclaggio del FV, in cui i componenti in plastica sono rimossi (in un processo termico), prima che il wafer di silicio sia recuperato attraverso incisione. Deutsche Solar riutilizza i granuli di silicio, e tutto il resto è venduto o inviato per il riciclaggio/smaltimento. Il ritiro dei moduli è organizzato attraverso un sistema bring-in. Tuttavia, è necessario trattare i moduli con delicatezza, usando per il trasporto l’imballaggio originale, pallet o container.
Il processo di riciclaggio:

• I pannelli “Rack-mount” sono inceneriti e i componenti in plastica sono bruciati a 600 °C in un processo di protezione dei semiconduttori. I restanti materiali, come le celle fotovoltaiche, il vetro e i metalli sono separati manualmente;
• Vetro e metalli sono inviati al riciclaggio;
• Le celle solari sono re-incise per il wafer;
• Il vetro potrebbe essere adatto come materia prima per il riciclaggio del vetro float.
  

Secondo lo studio di FV CYCLE del 2007, i nuovi wafer sono elettricamente della stessa qualità di quelli precedenti, anche dopo aver subito una lavorazione di celle solari. Il silicio è sviluppato in modo tale da garantire un rifornimento delle materie prime, pur mantenendo l'elevata purezza richiesta dalle applicazioni FV. Il riciclaggio, nelle condizioni di mercato attuali, appare conveniente.

Tasso di successo:
Il processo può recuperare oltre l'84% del peso del modulo di ingresso fino a 6N di purezza delle frazioni. Il vetro (> 90%) è usato nei nuovi prodotti e il 95% dei materiali semiconduttori nei nuovi panelli FV.

Il processo termico recupera 0-98% di cellule intatte: dipende dal livello del danneggiamento dei panelli, dal tipo di struttura del panello e dalle celle fotovoltaiche utilizzate. Se le cellule hanno frantumazioni di bordo o micro fessure, di norma non sono riciclabili in un wafer intatto,ma possono essere sfruttate per ottenere silicio come materia prima.

Più sottile è lo spessore delle celle, minore è la resa. Wafer spessi (> 200 ìm) producono meno rotture e possono essere re-incisi in celle solari generando un rendimento di oltre il 97%. Tuttavia, quando si riduce lo spessore dei wafer, il recupero di cellule intatte è più difficile e, oggi, l'obiettivo principale è recuperare il silicio come materia prima, recuperando separate frazioni dei vari metalli puri, vetro e silicio.

Composizione dei moduli cristallini e le quantità di solido recuperato attraverso il processo di riciclaggio.

I costi/consumi energetici per la produzione di moduli FV [Frisson et al 2000]

Ammortamento Energetico di moduli FV [Frisson et al 2000]

La Raccolta

- Le società di ‘reverse logistics’ - movimentano i prodotti dalla loro destinazione finale a ritroso nella supply chain fino al produttore iniziale o ad un nuovo soggetto
• raccogliere
• consolidare
• pre-processo
• mandare i prodotti al centro servizi

- La raccolta difficile
• ciclo di vita lungo
• dispersione geografica
• basso contenuto di materiali di valore

- Entità di riciclaggio FV supportata collettivamente
• le società dedicate allo smantellamento e riciclaggio dei materiali
• gli accordi del trasporto prepagato
• I centri di riciclaggio municipali e grandi generatori commerciali ed istituzionali

- Acconti di garanzia messi a parte

Rendere l’industria fotovoltaica DOPPIAMENTE VERDE
FV CYCLE (Associazione europea per il ritiro e riciclaggio volontario di panelli FV) è stata fondata nel 2007 dall’industria manifatturiera fotovoltaica. La sua sede è a Bruxelles ed oggi rappresenta circa l’85% del mercato FV europeo. I principali produttori, importatori, rivenditori si sono riuniti con le varie associazioni e centri di ricerca del settore e attraverso FV Cycle, cercano di introdurre una gestione complessiva dei rifiuti e una politica di ritiro e riciclaggio volontario, che raggiunga l’economicamente più alta, fattibile ed ecologicamente responsabile raccolta e riciclaggio di moduli FV.

Le varie attività di FV CYCLE inizieranno ad incoraggiare altri mercati (come Stati Uniti e Giappone) ad adottare politiche simili. Così, FV Cycle potrebbe già essere giudicata una iniziativa globale su scala FV.

Chevetogne è stato uno dei primi grandi sistemi di riscaldamento solare in Europa, e uno dei primi 16 impianti pilota FV avviati e sostenuti dalla Commissione europea nel 1983. Lo smaltimento servirà come esperienza di apprendimento per FV ciclo, che prevede di avere il suo sistema di riciclaggio in vigore in tutta Europa entro il 2015.

Smontaggio e riciclo del generatore di Chevetogne (costruito nel 1983, non operativo dal 2003 – 2000 moduli al termine del loro ciclo di vita)