Reciclaje de paneles solares: los desafíos

Se prevé que los residuos de paneles solares aumenten en más de un 4000 % en la próxima década. ¿Está lista la industria del reciclaje de paneles solares para manejar estos volúmenes? Con la demanda de nuevos paneles aumentando exponencialmente y las materias primas escasas, la carrera ha comenzado.

El reciclaje de paneles solares se está convirtiendo en un verdadero desafío. Fundamental para la estrategia de cero emisiones netas del Reino Unido, la energía solar es una opción duradera y sostenible para las empresas y los hogares, y está creciendo rápidamente.

En 2021, el Reino Unido agregó 730 MW de nueva capacidad solar, lo que llevó el volumen total a 14,6 GW, un aumento del 5,3 % con respecto a 2020 y, en el segundo trimestre de 2022, la energía solar contribuyó con el 6,4 % de la generación total de electricidad del Reino Unido. Dentro de la Estrategia de Seguridad Energética de abril, el Departamento de Estrategia Comercial, Energética e Industrial (BEIS) confirmó que, para 2035, se prevé que el despliegue solar del Reino Unido se quintuplicará, elevando el volumen total a 70 GW: alrededor del 15 por ciento de la energía solar proyectada del Reino Unido. (y aumentando) los requisitos de electricidad, según McKinsey.

Un problema emergente es qué hacer con los paneles solares una vez que llegan al final de su vida útil de 30 años. A medida que el crecimiento del mercado continúe aumentando en el futuro, también lo hará la creciente pila de desechos solares. Según la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA), se prevé que el Reino Unido genere 30.000 toneladas de residuos solares en la próxima década. Además, se predice que un aumento en los paneles obsoletos llegará al mercado en la década de 2030, cuando los paneles solares del milenio comiencen a fallar. IRENA predice que los desechos globales de los paneles solares estarán entre 1,7 millones y ocho millones de toneladas en 2030.

Además, se avecina un posible cuello de botella en el suministro de materias primas, con una demanda de paneles que superará la disponibilidad de componentes vírgenes.

Se está generando presión para que la industria del reciclaje de paneles solares aumente su capacidad a fin de manejar el aumento de paneles obsoletos y respaldar la fabricación de nuevos paneles solares. En julio, Sam Vanderhoof, un experto en la industria solar, sugirió que, a nivel mundial, solo uno de cada diez paneles fotovoltaicos (PV) se recicla y el resto termina en vertederos, refiriéndose nuevamente a los datos de IRENA.

En el Reino Unido, los paneles solares se clasifican formalmente como Equipos eléctricos y electrónicos (EEE), en una Categoría 14 específica. Como tal, los paneles fotovoltaicos están cubiertos por las Regulaciones de residuos de EEE (WEEE); se monitorea el final de su vida útil y ya se está desarrollando la infraestructura de reciclaje de paneles solares sólidos.

Los productores de paneles solares están obligados a unirse a un Esquema de cumplimiento de productores (PCS), informando los tonelajes introducidos en el mercado y obteniendo notas de cumplimiento para cubrir el reciclaje futuro de esas unidades. También deben marcar los productos para informar a los usuarios y las instalaciones de tratamiento sobre la composición del material y la eliminación correcta.

Al mismo tiempo, los distribuidores deben recolectar productos al final de su vida útil. Deben tener un procedimiento de recuperación de residuos fotovoltaicos o contribuir a un plan de recuperación aprobado por el gobierno.

Sin embargo, según Scott Butler, director ejecutivo de Material Focus, una ONG financiada con las tarifas de cumplimiento de WEEE, existen algunas consideraciones distintivas que afectarán la recuperación de los paneles solares: "Con la energía fotovoltaica, se esperaría que hubiera una relación de instalador/desinstalador para Si bien es un producto doméstico, no es algo que muchas personas puedan manejar por sí mismas.

"Me imagino que la desinstalación debe involucrar a un profesional registrado para la red eléctrica... y podría ser la clave para gestionar estos [residuos]. Si bien puede ser difícil porque no están preparados para manejar los residuos, no es tan difícil convertirse en un transportista de residuos".

Butler señala que los paneles solares que ahora se acercan al final de su vida útil pueden resultar difíciles de reciclar debido a la variación en la fabricación: "En términos de reciclaje, creo que el desafío con los PV será comprender la química porque, particularmente al principio, hay muchas mezclas químicas diferentes en marcha. Las cosas que comenzarán a aparecer ahora son bastante antiguas, 20 años es un ciclo bastante largo. Así que tal vez haya una brecha de información que deba cerrarse en cuanto a quién puso qué en el mercado y lo que es".

Los procesos de reciclaje de paneles varían según la composición del panel solar, el más común de los cuales es a base de silicio. Conocidos por su asequibilidad y flexibilidad, los paneles solares de silicio constituyeron una participación del 73,3 por ciento del mercado en 2020; la película delgada representó el 10,4 % y los paneles fabricados con otros materiales (híbridos orgánicos, fotovoltaicos concentrados, sensibilizados con colorantes) representaron el 16,3 % restante (Chowdhury et al, 2020).

Cuando se recoge, cualquier panel fotovoltaico es difícil de desmontar. El marco de aluminio y la caja de conexiones se pueden quitar fácilmente; la parte desafiante es la lámina de vidrio plano laminado, que contiene bajas cantidades de metales ferrosos y no ferrosos, plásticos y material semiconductor. En cuanto a las soluciones de tratamiento, el desafío no es técnico, ya que la pirólisis, la separación criogénica (congelación) y la trituración mecánica existen como técnicas de separación de los diferentes materiales. El mayor desafío es que los paneles fotovoltaicos no generan residuos similares a los residuos de envases o consumibles con una vida útil corta. Por lo tanto, la pregunta principal es económica: ¿quién invertirá en una línea de tratamiento que no tiene idea de cuándo llegarán los residuos?

Los paneles de película delgada implican un proceso de tratamiento, que requiere algunos pasos adicionales para recuperar el compuesto metálico 'telururo de cadmio' de manera ambientalmente racional. Si bien son una opción menos popular, los paneles de película delgada tienen un uso de material más eficiente, ya que albergan un semiconductor más delgado, lo que ahorra costos y carbono durante la fabricación. Estos paneles funcionan mejor con poca luz y en ángulos "extremos", útiles para superficies verticales y fachadas.

Para recuperar los materiales, los paneles fotovoltaicos de película delgada se trituran para eliminar la laminación, antes de que los fragmentos sólidos y líquidos se separen mediante un tornillo giratorio. Luego, la película se elimina con ácido y peróxido, seguido de la eliminación de los materiales de la capa intermedia con vibración, mientras que el vidrio y el metal restantes se separan y recuperan.

A pesar de que las iniciativas de reciclaje actuales crecen constantemente, actualmente solo se recuperan entre el 80 y el 95 por ciento de los materiales de los paneles solares que se reciclan. Para avanzar en esto, la empresa de gestión de residuos Veolia está liderando un proyecto para llevar el reciclaje completo de paneles solares a escala industrial, en un proyecto en curso financiado por EIT RawMaterials. ReProSolar está desarrollando un proceso altamente eficiente para reciclar paneles al final de su vida útil, lo que permite recuperar todos los componentes de módulos fotovoltaicos basados ​​en silicio.

Mediante el uso de tecnología de delaminación para separar la celda solar de la placa de vidrio, los procesos físicos y químicos recuperan todos los materiales, incluidos la plata pura y el silicio, sin destruir los módulos fotovoltaicos.

En asociación con FLAXRES GmbH y ROSI Solar, dos empresas de tecnología que están desarrollando nuevos métodos para recuperar materias primas de los paneles fotovoltaicos, el proyecto probará la viabilidad a escala industrial a finales de año, con 5000 toneladas de módulos fotovoltaicos fuera de servicio procesado anualmente en una planta de demostración en Alemania en 2024.

La comercialización de un proceso de reciclaje completo es clave para enfrentar el desafío actual del mercado, brindando un fuerte suministro de componentes de paneles fotovoltaicos recuperados para satisfacer la creciente demanda de paneles y manejando los crecientes volúmenes de desechos de paneles solares.

Se podrían lograr ganancias económicas considerables al recuperar componentes de paneles fotovoltaicos de alto valor a medida que aumenta la demanda. La plata, por ejemplo, aunque representa el 0,05 por ciento del peso del panel, representa el 14 por ciento de su valor de mercado. Otros metales valiosos y recuperables incluyen aluminio, cobre y telurio. Según Rystad Energy, si bien los materiales recuperados de los paneles fotovoltaicos al final de su vida útil tienen un valor actual de $ 170 millones, se espera que tengan un valor de más de $ 2.7 mil millones en 2030.

Además de las innovaciones en el mundo del reciclaje de paneles solares, el diseño de los paneles también se está reinventando teniendo en cuenta la reutilización. La Organización Holandesa para la Investigación Científica Aplicada (TNO) reveló sus paneles solares 'Diseño para el reciclaje' (D4R) recientemente desarrollados en diciembre de 2021, fabricados hacia el final de la vida útil. Los paneles, con una vida útil probada de 30 años, están diseñados para desmontarse fácilmente sin dañar los componentes.

Los paneles, encapsulados con una lámina adhesiva, contienen un mecanismo de activación integrado para la separación de las celdas y los marcos. El proceso es de baja energía y no involucra elementos tóxicos.

La investigación está alojada en dos proyectos, el primero es el proyecto DEREC, que conceptualizó y probó los paneles D4R a pequeña escala para garantizar su desmantelamiento limpio después de una vida útil simulada. Luego, el proyecto PARSEC ampliará la tecnología a paneles D4R de tamaño completo para uso comercial y residencial.

Si bien son los paneles fabricados hace casi 30 años los que plantean el desafío actual para los recicladores, los paneles D4R pueden simplificar el reciclaje de paneles para impulsar la industria. Y, además de los nuevos paneles, el consorcio está investigando técnicas de reciclaje para los modelos de paneles solares actuales, para lograr la adquisición de silicio puro para su reutilización.

Acumulativamente, estas innovaciones se muestran prometedoras en su enfoque en la comercialización, aunque persiste la preocupación sobre si se alcanzará la escala requerida, ya que tanto los volúmenes de paneles obsoletos como la demanda de paneles nuevos aumentan. Sin embargo, si los esfuerzos de comercialización van bien y si se pueden entregar los planes para fabricar paneles a partir de materiales completamente recuperados, la industria de paneles solares está buscando una economía circular sólida.