بیش از ۶۰۰ هزار تن پسماند پنل خورشیدی در آلمان؛ فرصت تازه برای بازیافت آلومینیوم

به گزارش اتاق خبر ایراک، مطالعه جدیدی که توسط مرکز فتوولتائیک سیلیکونی فرانهوفر (Fraunhofer CSP) برای آژانس مواد خام آلمان (DERA) انجام شده، نشان می‌دهد توسعه سریع انرژی خورشیدی در آلمان در حال ایجاد یک منبع بزرگ و رو‌به‌رشد از مواد ثانویه است. بر اساس این مطالعه، برای سال ۲۰۳۰ حجم پسماند پنل‌های فتوولتائیک در آلمان می‌تواند از ۶۰۰ هزار تن عبور کند؛ حجمی که بخش قابل‌توجهی از آن شامل موادی مانند شیشه، آلومینیوم، سیلیکون، مس و نقره است.

اهمیت این گزارش برای صنعت آلومینیوم تنها به افزایش حجم پسماند محدود نمی‌شود. برآورد فرانهوفر نشان می‌دهد پنل‌های خورشیدی نصب‌شده در آلمان تا پایان سال ۲۰۲۳ در مجموع حدود ۵.۳۵ میلیون تن مواد را در خود جای داده‌اند که حدود ۶۶۳ هزار تن آن آلومینیوم است. بنابراین ناوگان خورشیدی آلمان در بلندمدت می‌تواند به یکی از منابع قابل‌توجه تأمین آلومینیوم ثانویه تبدیل شود.

با این حال، تبدیل این ذخیره بالقوه به جریان واقعی مواد اولیه بازیافتی به توسعه ظرفیت جمع‌آوری، جداسازی و بازیافت صنعتی وابسته است. پژوهشگران تأکید کرده‌اند که زمان بازگشت پنل‌ها از بازار، طول واقعی عمر آنها و صادرات تجهیزات کارکرده می‌تواند حجم ورودی واحدهای بازیافت را به‌شدت تغییر دهد؛ موضوعی که برنامه‌ریزی سرمایه‌گذاری در این بخش را پیچیده کرده است.

۵.۳۵ میلیون تن مواد خام در پنل‌های خورشیدی آلمان

بر اساس داده‌های مطالعه «بازیافت ماژول‌های فتوولتائیک در آلمان» که در مجموعه Rohstoffinformationen آژانس مواد خام آلمان منتشر شده است، مجموع جرم پنل‌های نصب‌شده در این کشور تا پایان سال ۲۰۲۳ حدود ۵.۳۵ میلیون تن برآورد می‌شود.

ترکیب تقریبی این ذخیره مواد به شرح زیر است:

• حدود ۳.۸۵ میلیون تن شیشه
• حدود ۶۶۳ هزار تن آلومینیوم
• حدود ۲۰۸ هزار تن سیلیکون
• حدود ۵۳ هزار و ۵۰۰ تن مس
• حدود ۳ هزار و ۹۰۰ تن نقره

مطالعه ارزش بالقوه مواد موجود در این پنل‌ها را حدود ۴.۸ میلیارد یورو برآورد کرده است. آلومینیوم و نقره از مهم‌ترین اجزای اقتصادی این ذخیره مواد به شمار می‌روند.

آلومینیوم عمدتاً در فریم پنل‌های خورشیدی مورد استفاده قرار می‌گیرد و برخلاف برخی مواد پیچیده‌تر موجود در سلول، مسیر صنعتی شناخته‌شده‌ای برای جداسازی و بازگشت آن به چرخه فلز وجود دارد. همین ویژگی باعث شده آلومینیوم در کنار شیشه و مس، از نخستین موادی باشد که در فرایند بازیافت پنل‌های پایان‌عمر بازیابی می‌شود.

بیش از ۶۰۰ هزار تن پسماند پنل خورشیدی در سال ۲۰۳۰

برآورد جدید نشان می‌دهد در سال ۲۰۳۰ حجم پنل‌های فتوولتائیک پایان‌عمر در آلمان می‌تواند از ۶۰۰ هزار تن فراتر رود. یکی از عوامل اصلی این افزایش، رسیدن بخشی از نسل اولیه نیروگاه‌های خورشیدی آلمان به پایان دوره بهره‌برداری اقتصادی آنهاست.

عمر معمول پنل‌های فتوولتائیک در مطالعه حدود ۲۰ تا ۳۰ سال در نظر گرفته شده است. بخش مهمی از ظرفیت خورشیدی آلمان نیز در موج‌های توسعه گذشته نصب شده و طی سال‌های آینده به تدریج وارد چرخه تعویض یا خروج از مدار خواهد شد.

نکته مهم آن است که رقم ۶۰۰ هزار تن به کل پسماند پنل‌های خورشیدی مربوط است و نباید با ۶۶۳ هزار تن آلومینیوم موجود در کل پنل‌های نصب‌شده تا سال ۲۰۲۳ اشتباه گرفته شود. مقدار آلومینیوم، بیانگر ذخیره بالقوه فلز موجود در ناوگان نصب‌شده است که طی سال‌های مختلف و متناسب با خروج پنل‌ها از سرویس در دسترس صنعت بازیافت قرار خواهد گرفت.

چرا آلومینیوم یکی از مهم‌ترین مواد قابل بازیافت است؟

در ساختار متداول پنل‌های فتوولتائیک سیلیکونی، فریم آلومینیومی ضمن ایجاد استحکام مکانیکی، وزن نسبتاً پایینی دارد و در برابر خوردگی مقاوم است. همین استفاده گسترده باعث شده توسعه بازار انرژی خورشیدی به مصرف قابل‌توجه آلومینیوم در زنجیره تجهیزات فتوولتائیک منجر شود.

مزیت دیگر آلومینیوم آن است که پس از پایان عمر پنل می‌توان آن را دوباره وارد چرخه ذوب و تولید محصولات آلومینیومی کرد. در مقایسه با استخراج بوکسیت، تولید آلومینا و تولید آلومینیوم اولیه، استفاده از قراضه آلومینیوم معمولاً به انرژی بسیار کمتری نیاز دارد؛ از این رو رشد جریان قراضه حاصل از زیرساخت‌های انرژی تجدیدپذیر می‌تواند هم در امنیت مواد اولیه و هم در کاهش انتشار کربن زنجیره آلومینیوم اهمیت پیدا کند.

نرخ بازیافت بالا است، اما بازیابی همه مواد هنوز اقتصادی نیست

بر اساس مطالعه DERA و Fraunhofer CSP، فرایندهای فعلی بازیافت پنل‌های سیلیکونی می‌توانند به نرخ بازیافت مادی حدود ۸۵ درصد و نرخ کلی بازیابی بیش از ۹۵ درصد دست پیدا کنند. با این حال، این ارقام به معنی بازیابی کامل تمام مواد ارزشمند موجود در پنل نیست.

شیشه، آلومینیوم و مس در حال حاضر با روش‌های صنعتی موجود قابل بازیابی هستند و نقره نیز می‌تواند در مراحل پالایش تکمیلی جداسازی شود. در مقابل، سیلیکون موجود در پنل‌های پایان‌عمر در بسیاری از خطوط متداول هنوز به شکل اقتصادی و در کیفیت مناسب برای تولید سلول خورشیدی جدید بازیابی نمی‌شود.

فرانهوفر CSP البته فناوری‌هایی را توسعه داده که با استفاده از سیلیکون بازیافتی امکان تولید مجدد بلور، ویفر و حتی سلول خورشیدی را نشان داده‌اند. این تحقیقات می‌تواند در آینده دامنه بازیافت را از بازیابی مواد حجیم مانند آلومینیوم و شیشه به مواد با ارزش افزوده بالاتر گسترش دهد.

چالش اصلی؛ ظرفیت بازیافت وجود دارد اما پنل کافی وارد خطوط نمی‌شود

یکی از مهم‌ترین یافته‌های مطالعه، شکاف میان ظرفیت نصب‌شده بازیافت و مقدار واقعی پنل‌های پایان‌عمر ورودی به واحدهای بازیافت است.

در سال ۲۰۲۴ بیش از ۵۰ هزار تن ظرفیت بازیافت پنل‌های سیلیکونی در آلمان وجود داشت، اما تنها حدود ۹ هزار و ۳۰۰ تن پنل از رده خارج وارد مرحله اولیه فرآوری شد. ظرفیت بازیافت طبق برآورد مطالعه می‌تواند در سال ۲۰۲۶ به حدود ۶۴ هزار تن و تا پایان ۲۰۲۷ به حدود ۷۵ هزار تن در سال افزایش یابد.

همچنین تعداد پنل‌های پایان‌عمر ثبت‌شده طی سال‌های ۲۰۲۲ تا ۲۰۲۴ برخلاف انتظار کاهش یافته است. پژوهشگران دو عامل احتمالی را مطرح می‌کنند: ادامه استفاده از پنل‌ها برای مدت طولانی‌تر از برآوردهای اولیه و صادرات پنل‌های دست‌دوم به سایر بازارها.

این عدم قطعیت یک مسئله اقتصادی مهم برای صنعت بازیافت ایجاد می‌کند. احداث ظرفیت بیش از حد می‌تواند به پایین ماندن نرخ بهره‌برداری و افزایش هزینه واحدهای بازیافت منجر شود؛ در مقابل، توسعه ناکافی ظرفیت ممکن است با آغاز موج بزرگ بازنشستگی پنل‌ها به ایجاد گلوگاه در بازیافت بینجامد.

تنها دو واحد، پنل‌های سیلیکونی را در مقیاس صنعتی پردازش می‌کنند

طبق گزارش PV Tech بر مبنای مطالعه Fraunhofer CSP، در حال حاضر تنها دو تأسیسات در آلمان پنل‌های سیلیکون کریستالی را در مقیاس صنعتی پردازش می‌کنند. این نوع پنل‌ها با سهم بیش از ۹۵ درصدی از بازار جهانی، مهم‌ترین جریان پسماند فتوولتائیک آینده را تشکیل خواهند داد.

افزایش حجم پنل‌های پایان‌عمر می‌تواند در سال‌های آینده زمینه ایجاد واحدهای جدید بازیافت، توسعه فناوری‌های جداسازی و افزایش عرضه فلزات ثانویه را فراهم کند.

مطالعه برآورد می‌کند که در یک مسیر توسعه متناسب با بازار، ظرفیت بازیافت سالانه حدود ۳۰۰ هزار تن تا سال ۲۰۴۰ می‌تواند برای مدیریت جریان پسماند کافی باشد. برای مواجهه با دوره‌های اوج نیز استفاده از ذخیره‌سازی موقت پنل‌های پایان‌عمر به‌عنوان یکی از راهکارها پیشنهاد شده است.

پنل‌های خورشیدی؛ از مصرف‌کننده آلومینیوم به منبع آلومینیوم ثانویه

رشد انرژی خورشیدی تاکنون عمدتاً از منظر افزایش تقاضا برای آلومینیوم بررسی شده است؛ زیرا فریم پنل‌ها، سازه‌های نصب و برخی تجهیزات جانبی از این فلز استفاده می‌کنند. اما داده‌های جدید آلمان نشان می‌دهد با بلوغ بازار انرژی خورشیدی، مرحله دوم این چرخه نیز در حال شکل‌گیری است: بازگشت آلومینیوم مصرف‌شده به بازار از طریق بازیافت تجهیزات پایان‌عمر.

وجود بیش از ۶۶۰ هزار تن آلومینیوم در مجموعه پنل‌های نصب‌شده تا پایان سال ۲۰۲۳ نشان می‌دهد که زیرساخت خورشیدی می‌تواند در دهه‌های آینده به یک «ذخیره شهری» قابل‌توجه برای آلومینیوم ثانویه تبدیل شود.

این موضوع برای صنعت آلومینیوم اروپا اهمیت مضاعف دارد. افزایش استفاده از قراضه داخلی می‌تواند نیاز به بخشی از مواد اولیه وارداتی را کاهش دهد، دسترسی واحدهای ذوب ثانویه و تولیدکنندگان محصولات کم‌کربن به خوراک را بهبود دهد و به اهداف اقتصاد چرخشی اتحادیه اروپا کمک کند.

اهمیت راهبردی این تحول برای صنعت آلومینیوم

گزارش جدید آلمان نشان می‌دهد توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر دیگر تنها یک بازار مصرف برای آلومینیوم نیست؛ بلکه در حال تبدیل شدن به بخشی از زنجیره تأمین آینده قراضه آلومینیوم است.

اگر جمع‌آوری، تفکیک و بازیافت پنل‌های پایان‌عمر به‌طور مؤثر توسعه پیدا کند، بخشی از آلومینیومی که طی دو دهه گذشته برای توسعه انرژی خورشیدی مصرف شده است، می‌تواند بار دیگر به بازار بازگردد و در تولید محصولات جدید مورد استفاده قرار گیرد.

در مقابل، نبود زیرساخت جمع‌آوری مناسب، صادرات تجهیزات دست‌دوم بدون رهگیری چرخه پایان‌عمر و توسعه نامتناسب ظرفیت‌های بازیافت می‌تواند بخش قابل‌توجهی از این پتانسیل را از دسترس صنایع اروپایی خارج کند.

مطالعه Fraunhofer CSP و DERA در نهایت نشان می‌دهد آینده بازیافت پنل‌های خورشیدی نه‌فقط یک مسئله مدیریت پسماند، بلکه یک موضوع امنیت مواد اولیه، اقتصاد چرخشی و تأمین فلزات ثانویه است؛ موضوعی که با افزایش موج خروج پنل‌های قدیمی از مدار، اهمیت آن برای صنعت آلومینیوم نیز افزایش خواهد یافت.