Wiedergewinnung von Wertstoffen der Photovoltaik, Anreicherung und Dekontamination – RESOLVED
Übersicht über das Projekt
Mit dem EU-LIFE-Projekt RESOLVED wird die Möglichkeit eines nachhaltigen Recyclings von Photovoltaik-Dünnschichtmodulen mit CdTe- und CIS-Halbleitermaterial demonstriert. Hierfür wurden zwei Recyclingstrategien entworfen. Eine Strategie wurde für die Aufbereitung von Modulen mit intaktem Verbund konzipiert, die zweite Recyclingstrategie für die Bearbeitung von Modulbruch. Folgende Arbeits- und Prozessschritte sind Teil der Recyclingkonzepte und werden innerhalb von RESOLVED untersucht und optimiert.
Recyclingschema (Bild anklicken und es öffnet sich ein großes Bild)
Zerlegung und Gewinnung der Halbleitermaterialien aus intakten Dünnschichtmodulen (linker Kreislauf)
Die Aufbereitung intakter Module beginnt mit der Zerlegung der Module in zwei einzelne Glasplatten. Mittels thermischer Energie wird das Verbundmaterial Ethylenvenylacetat (EVA) zerstört und die Halbleiterschicht auf dem Trägerglas freigelegt.
Die Trennung der Halbleiterschicht vom Trägerglas erfolgt mittels Vakuumsaugstrahltechnik.
Das abgestrahlte Trägerglas bzw. das nicht beschichtete Glas werden dem konventionellen Glasrecycling zugeführt.
Zerlegung und Gewinnung des Halbleiters aus gebrochenen Dünnschichtmodulen (rechter Kreislauf)
Die gebrochenen Module werden mit der Hammermühle zerkleinert. Das zerkleinerte Material wird in einem Eirich-Intensivmischer gegeben, hier kommt es durch Attrition zum Abtrag der Halbleitermaterialien vom Trägerglas. Im Anschluss wird das Gemisch aus Glas, Halbleitermaterialien und Wasser über technische Siebe gespült. Die Glasfraktion bleibt mit der EVA-Folie als Siebrückstand übrig und kann nach Abtrennung der Folie einem Glasrecycling zugeführt werden. Die Fraktion < 150 μm, die einen hohen Anteil der Halbleiterelemente und Glasabrieb enthält, wird zur Anreicherung weiteren nassmechanischen Aufbereitungsschritten unterzogen. Nach den vorangegangenen Schritten liegen nun Gemische aus Halbleiter/Strahlmittel/Glasabrieb, aus dem Abstrahlen intakter Module, bzw. Halbleiter/Glasabrieb vor. Die Sortierung/Klassierung dieser Gemische wird in einer weiteren nassmechanischen Aufbereitungsstufe (z.B. über Hydrozyklone) demonstriert. Das separierte Halbleitermaterial liegt nach diesem Prozessschritt konzentriert vor, ist jedoch noch mit Glasabrieb verunreinigt. Um die Wertstoffe des Halbleitermaterials vom Glasabrieb zu trennen, wird das feinkörnige Material flotiert. Im Flotat, das als Schaum abgezogen wird, sind die Wertstoffe aus den Dünnschichtmodulen enthalten, der Glasrückstand bildet die Berge am Boden der Flotationszelle.
Rückführung in den Produktionsprozess
Die Halbleiterproduktion für Photovoltaik-Anwendungen erfordert einen sehr hohen Reinheitsgrad des Ausgangsmaterials von 99,9999%. Um den für die Modulproduktion erforderlichen hohen Reinheitsgrad zu erreichen, wurden die Produkte der Flotation hydrometallurgisch aufgereinigt. Nach dieser Reinigung können die Halbleitermaterialien dem Produktionsprozess neuer Module zugeführt werden und erfüllen damit den Grundsatz der Kreislaufwirtschaft.Standard- und Großmengenanalytik
Die Materialien der verschiedenen Prozessschritte (z.B. Strahlgut, nassmechanisch aufbereitete Materialfraktionen, gereinigtes Halbleiterprodukt) werden mit konventionellen Methoden auf chemische Zusammensetzung, Kornzusammensetzung, Dichte, mineralogische Zusammensetzung, etc. analysiert (z.B. ICP-OES, IC, RDA, RFA).
Die instrumentelle Photonenaktivierungsanalyse (IPAA) und die energiedispersive Röntgenfluoreszenzspektroskopie (EDXRS) werden als zerstörungsfreie Großmengenanalytik zur Charakterisierung des Eingangs-Abfallmaterials und anderer Fraktionen genutzt. Diese Methoden können verwendet werden, um große und zum Teil inhomogene Massenströme an Elektronikschrott erfassen zu können.
Untersuchungen zur Nachhaltigkeit
Für das Recycling der CdTe- und CIS-Module und für alternative Behandlungsoptionen werden LCI-Daten (Lebens-Zyklus-Inventar) zusammengetragen und vorbereitet. Basierend auf diesem LCI-Datensatz kann die Umweltbeeinflussung der Szenarien mittels einer LCA-Methode (Life-Cycle-Assessment) ermittelt und verglichen werden. Der jeweilige Einfluss soll vor dem Hintergrund aktueller Richtlinien in Hinblick auf Ressourcen- und Abfallwirtschaft untersucht werden.
Basierend auf dem LCI-Datensatz für CdTe und CIS soll außerdem die Umweltbeeinflussung mit der kristalliner und amorpher Silicium-Technologien verglichen werden. Die LCI-Daten letzterer stehen bereits aus anderen Studien zur Verfügung . Die betrachteten Technologien sollen unter den Aspekten der Energierücklaufzeit (EPBT) und der Treibhausgasemissionen untersucht und mit konkurrierenden Energietechnologien verglichen werden.
Projektnummer: LIFE04 ENV/D/000047
Aktualisiert am: 2008-10-01