在威尼斯工業區的一個集裝箱內，意大利初創公司9-Tech正在嘗試解決一個迫在眉睫的全球性問題：如何負責任地回收5400萬至1.6億噸太陽能組件，這些組件預計將在2050年達到其生產壽命。回收這些材料不會容易。太陽能面板被設計用來在地球上的任何環境中持續20到30年，即使在陽光下放置了三十年，硬件也很難拆卸。事實上，大多數回收設施都會丟棄硅、銀和銅——舊太陽能電池板中最有價值但最難獲得的材料——只回收鋁框架和玻璃板。

LUIGI AVANTAGGIATO

隨著世界越來越多地部署太陽能，對回收的需求只會增加。全球已經部署了超過1.2太瓦的太陽能發電。根據美國國家可再生能源實驗室（NREL）研究人員的文獻分析，太陽能電池板目前以每年超過400吉瓦的速度分布，預計到2030年，這一速度將增加到每年3太瓦。

為了阻止堆積如山的光伏垃圾堆積，研究人員正在尋求更好的回收方法。迄今為止提出的最先進的方法可以回收晶體硅光伏組件中至少90%的銅、銀、硅、玻璃和鋁。但這些過程成本高昂，而且通常涉及有毒化學品。NREL首席環境工程師Garvin Heath表示，沒有一種回收方法被證明像垃圾填埋場那樣便宜，而且很少有工業規模的回收方法。Garvin Heath管理著一個由國際能源機構指派的國際專家小組，分析光伏的可持續性。

9-Tech的創始人說他們有更好的方法。他們的過程是一個嘈雜的過程，涉及燃燒爐、超聲波浴和機械分揀，其振動會震動一個普通貨運集裝箱的地板，他們已經在那里測試了近兩年的操作。該公司不使用有毒化學品，不向環境中釋放污染物，并回收太陽能電池板中高達90%的材料，9-Tech首席技術官Francesco Miserocchi說。

LUIGI AVANTAGGIATO

如何回收太陽能電池板

該公司將其工藝定制為晶體硅太陽能電池板，該電池板占全球光伏市場的97%。這些面板通常由摻雜硼和磷的硅晶片陣列組成，頂部涂有氮化硅的抗反射涂層。銀導體絲網印刷在晶圓表面，銅導體以網格圖案焊接到陣列上。為了保護材料免受潮濕和損壞，制造商將整個陣列層壓在粘合劑聚合物中，通常是乙烯-醋酸乙烯酯。然后，他們將夾層陣列包裹在鋼化玻璃板中，用鋁框住整個東西，密封邊緣，并在背面連接一個接線盒。

LUIGI AVANTAGGIATO

當需要回收面板時，最具挑戰性的步驟之一是去除粘附在所有物體上的聚合物。“這不僅僅是邊緣或幾個膠水點。它是整個聚合物表面（幾平方英尺），”Heath 說。聚合物可以被燒掉，但這會釋放出一氧化碳、氫氟酸和其他有害污染物。分離銀導體也被證明是具有挑戰性的，因為它們被涂在很薄的一層——大約10到20微米——牢固地附著在硅上。去除它們通常涉及有毒試劑，例如氫氟酸、硝酸或氫氧化鈉。

9-Tech的團隊通過兩種方式應對這些挑戰。他們使用超聲波而不是有毒化學物質回收銀，盡管他們燃燒聚合物，但他們捕獲了排放的污染物。

9-Tech

該公司中試工廠的流程始于工人手動拆除鋁框架、接線盒和鋼化玻璃。這組成了由聚合物、硅片和金屬導體構成的三明治結構。沒有框架或玻璃，三明治層會彎曲，將脆弱的硅粉碎成小塊。工人們敲開鋼化玻璃，然后將所有材料送入連續燃燒爐，這些材料大多由于聚合物而仍然存在。加熱到400°C以上，聚合物蒸發，過濾器捕獲污染物。該系統還可以從爐子中捕獲熱量并重復利用以提高能源效率。

LUIGI AVANTAGGIATO

當剩余的材料離開熔爐時，輥子會機械地把銅剝離出來。一系列篩子根據厚度對破碎的玻璃和硅碎片進行分類。硅片仍然鑲有銀，它們被浸泡在有機酸的水浴中，用超聲波處理以松開元素之間的鍵。超聲波的工作原理是將聲波傳播到酸浴中，從而產生交替的高壓和低壓循環。9-Tech的首席執行官Pietrogiovanni Cerchier解釋說，如果波足夠強烈，它們就會產生空化氣泡，與材料機械地相互作用，導致銀從硅中脫落。

9-Tech

最后，工作人員用網狀網從超聲波浴中取出硅碎片。這會在溶液中留下細小的銀粉，可以通過過濾或離心機回收。總而言之，Cerchier說，9-Tech的試驗工廠可以從光伏組件中回收90%的銀、95%的硅以及99%或更多的銅、鋁和玻璃。此外，這種材料被認為是高度純凈的，這增加了它可以重復使用的應用類型。

9-Tech

這家初創公司的回收過程比僅回收鋁和玻璃的現有方法更昂貴。但是，高純度硅、銀和銅的提取應該可以抵消額外的成本，Miserocchi說。此外，它比挖掘原始元素更有效。他說，你可以從一噸太陽能電池板中提取大約500克銀，但從一噸礦石中只能提取165克銀。“光伏電池板在其使用壽命結束時仍然有很多東西可以提供，”Miserocchi說，“它可以被認為是一個珍貴元素的小礦山。”

9-Tech

數十種回收光伏電池板的新方法

9-Tech團隊將在未來18個月內建造一個更大的示范設施后，更多地了解其方法的盈利能力。該工廠將與集裝箱位于威尼斯的同一工業區，每天將能夠處理多達800個太陽能組件。他們的試驗工廠每天只處理大約七個模塊。

LUIGI AVANTAGGIATO

該公司的方法是正在開發的晶體硅光伏電池板的眾多回收方法之一。今年4月發表在《清潔生產雜志》上的一篇綜合綜述指出，全球還有數十種其他努力，包括熱、化學、機械和光學方法。最常見的方法是將硅、金屬和聚合物層研磨成小塊，按密度將它們分離，然后通過熱或化學過程回收硅和金屬。其他工藝包括激光照射、高壓脈沖、光學分選、熱解、化學溶劑、蝕刻和用熱刀分層。

推動這一創新的部分原因是歐盟在2012年通過的法規。該規則要求歐盟的所有光伏電池板制造商開展回收或回收計劃，或與其他回收計劃合作。因此，擁有歐洲最多太陽能發電容量的德國擁有世界上最大的光伏回收系統之一。

但回收是一項大批量業務，除了摧毀太陽能發電站的災難性天氣事件外，廢舊太陽能組件以相對涓涓細流的方式到達回收商手中。此外，還有一個挑戰，即在回收材料后為它們尋找第二次生命——供應鏈尚未得到很好的發展。

First Solar是一家總部位于亞利桑那州坦佩的全球光伏制造商，通過在五個國家/地區建立七家工廠的內部回收計劃，大規模解決了這兩個問題。該公司生產碲化鎘薄膜太陽能電池板，買家可以購買，并內置回收價格。在電池板使用壽命結束時，買家將它們送回First Solar進行回收，制成新產品。據該公司稱，這種半導體材料可以回收多達41次，使用壽命超過1200年。但這種玻璃的純度不足以在太陽能組件中重復使用，因此該公司計劃將其供應給浮法玻璃制造商，用于門窗。

回收利用的挑戰激發了研究人員重新思考晶體太陽能電池板的制造方式。例如，一些制造商正試圖減少或消除難以回收的銀，用其他導電金屬代替它。NREL的一個團隊在2月份展示了一種通過激光焊接玻璃板來消除光伏電池板中聚合物的方法，這可能會更好地密封水分。該技術可能適用于鈣鈦礦太陽能組件，這是一種特別容易受到潮濕和腐蝕的有前途的技術。

“回收不應該是唯一的策略，”Heath說。他說，在訴諸回收之前，人們應該考慮其他方法來修復或重復使用太陽能電池板以延長使用壽命。

審核編輯：彭菁