يقوم معالجو الخردة الإلكترونية بتطوير استراتيجيات لدخول المزيد والمزيد من الوحدات الكهروضوئية إلى السوق. | هيل 120 / شترستوك
في بعض النواحي، تواجه الألواح الشمسية نفس تحديات إعادة التدوير التي تواجهها أجهزة التلفاز القديمة. تكاليف إعادة التدوير الصحيحة لها مرتفعة للغاية، وقيمتها السلعية محدودة، وتحتوي على معادن خطرة. وفي الوقت نفسه، يقوم عدد قليل نسبياً من المعالجات النهائية بإعادة تدويرها، ويعارض السوق إعادة استخدامها.
وقال إيه جيه أوربن، نائب رئيس شركة We Recycle Solar في أريزونا: 'إن الألواح الشمسية هي تقريباً CRT الجديدة'، في إشارة إلى أنبوب أشعة الكاثود، الذي يحتوي على زجاج الرصاص ويستخدم في أجهزة التلفزيون القديمة الضخمة.
كشفت المقابلات مع خبراء في صناعة إعادة تدوير الإلكترونيات والألواح الشمسية عن التحديات التي تواجهها الصناعة في الوحدات الكهروضوئية. قد يتم تخزين الوحدات الكهروضوئية (PV) أو إلقاؤها أو هجرها أو دفنها بشكل غير قانوني، تمامًا مثل أنابيب CRT في كثير من الحالات.
ولمنع سوء الإدارة المحتمل لمرافق إعادة التدوير المعتمدة، تعمل المنظمة غير الربحية الدولية لإعادة تدوير الإلكترونيات المستدامة (SERI) على إضافة الألواح الشمسية إلى معيار شهادة النفايات الإلكترونية R2. لقد اجتاز ما يقرب من 1000 منشأة لإعادة تدوير المنتجات الإلكترونية في جميع أنحاء العالم شهادة معيار R2.
وفي الوقت نفسه، سيستمر المزيد والمزيد من الألواح الشمسية في الدخول إلى مرحلة الإلغاء. ومع ذلك، مع تعقيد المعالجة - واللوائح الإضافية المتوقعة - يمثل ذلك فرصة عمل.
قال جون شيجيريان، المؤسس المشارك والرئيس التنفيذي لشركة National Electronic Processor ERI: 'هذا مجرد غيض من فيض'، في إشارة إلى عدد الألواح التي تقوم شركته بإعادة تدويرها حاليًا، أي حوالي نصف مقطورة شاحنة في الأسبوع. 'هذا فقط من أجل الإحماء للمباراة'
ووفقا لبيانات وزارة الطاقة الأمريكية، فإن حوالي 95% من الألواح المباعة حاليا هي من السيليكون البلوري، والخلايا الكهروضوئية مصنوعة من أشباه الموصلات السيليكونية. تم تصميم الألواح الشمسية لتحمل هذه العناصر لعقود من الزمن، وتتكون من خلايا كهروضوئية مترابطة ومغلفة بالبلاستيك ومحاطة بين الزجاج والطبقة الخلفية. تحتوي اللوحة النموذجية على إطار معدني (عادةً من الألومنيوم) وأسلاك نحاسية خارجية.
في مقال حول استعادة الموارد في العام الماضي، أوضحت ميليسا آن شميد من EnergyBin، وهي بورصة لمعدات الطاقة الشمسية، أن ألواح السيليكون البلورية مصنوعة بشكل أساسي من الزجاج، ولكنها تحتوي أيضًا على البلاستيك والألومنيوم والسيليكون والنحاس، بالإضافة إلى كميات ضئيلة من الفضة والقصدير والرصاص. .
يمكن لشركات إعادة التدوير بسهولة فصل إطار الألومنيوم والأسلاك النحاسية الخارجية لإعادة التدوير. ومع ذلك، نظرًا لأن الخلايا الكهروضوئية مغلفة بطبقة بلاستيكية من أسيتات فينيل الإيثيلين (EVA) ومثبتة بالزجاج، يلزم إجراء عمليات إضافية لاستعادة الفضة أو النحاس أو السيليكون عالي النقاء في رقائق السيليكون.
تمتلك شركة We Recycle Solar مصنعًا كبيرًا لإعادة تدوير الألواح الشمسية في يوما، أريزونا. يقع المصنع في مدينة على حدود كاليفورنيا ومصنع أصغر في مدينة نيويورك. تم إطلاق مبادرة We Recycle Solar قبل خمس سنوات وتقوم بإعادة تدوير عشرات الآلاف من الألواح الشمسية كل أسبوع، باستخدام مواد من المنازل والشركات ومزارع الطاقة الشمسية.
وقال أوربن إن الشركة هي أكبر شركة لإعادة تدوير الألواح الشمسية في الولايات المتحدة، على الرغم من أنه أشار إلى أن عددًا قليلاً فقط من الشركات تقوم بإعادة تدوير كل أو معظم مواد الألواح الشمسية.
نقوم بإعادة تدوير الطاقة الشمسية بإزالة إطار الألومنيوم والأسلاك وتمزيق الألواح. وقال إن الخليط المسحوق يخضع للمعالجة الكيميائية الثانوية والتحليل الكهربائي وعمليات أخرى لفصل المعدن والسيليكون والزجاج، ثم يتم شحنه إلى المعالجات النهائية.
يقع مقر شركة ERI في فريسنو، كاليفورنيا، وتقوم بمعالجة الألواح الشمسية لشركة Redwood Materials، وهي شركة ناشئة مقرها في كارسون، نيفادا، تهدف إلى استعادة المعادن الثمينة من البطاريات. في أبريل، أعلنت شركة ERI عن شراكة يرسل من خلالها المعالج جميع البطاريات المعاد تدويرها ونفايات الألواح الشمسية الممزقة إلى شركة Redwood Materials. وفقًا للبيان الصحفي الصادر عن ERI، كجزء من الاتفاقية، استثمرت Redwood مبلغًا كبيرًا من المال في ERI.
وقال شيجيريان إن شركة ERI تعمل على البحث والتطوير لإعادة تدوير الألواح الشمسية منذ حوالي ثلاث سنوات. بعد إزالة إطار الألمنيوم، قامت شركة ERI بتقليل حجم اللوحة في آلة التقطيع المعاد بناؤها. وتتمثل الخطوة الأساسية في العملية في تمزيق الزجاج وفصله عن المواد المحتوية على المعدن مع تجنب الانبعاثات غير الضرورية.
ويتم بعد ذلك شحن كرات المواد المحتوية على المعدن الناتجة إلى ريدوود، حيث تستخدم الشركة تقنيتها لفصل المعادن مثل النحاس والفضة والرصاص.
شركة أخرى للنفايات الإلكترونية تقوم بمعالجة الألواح الشمسية هي شركة Echo Environmental، التي تدير منشأة لإعادة التدوير وإعادة الاستخدام تبلغ مساحتها 166 ألف قدم مربع في كارولتون، تكساس، بالقرب من دالاس.
وقال تومي ماكغواير، رئيس شركة Echo Environmental، إن عمال Echo يحصلون على أكثر من مليون رطل من الألواح الشمسية من الشركات المصنعة والشركات الأخرى كل عام. يقومون أولاً بإزالة إطار الألمنيوم وقطع الأسلاك لإعادة التدوير.
يقوم Echo بعد ذلك بتمزيق الوحدة، ثم يستخدم عملية طحن لفصل جزء من الزجاج النظيف، والذي يتم بيعه لعزل الألياف الزجاجية والطلاء العاكس. يتم خلط المواد المتبقية المحتوية على المعادن في لوحات الدوائر الممزقة من المنتجات الإلكترونية ثم يتم شحنها إلى الصهر.
ومما يزيد من تعقيد معادلة الخردة حقيقة أن أنواعًا معينة من الألواح تعتبر خطرة بسبب تركيزها على المعادن السامة. أصدرت إدارة الصحة والرقابة البيئية في ولاية كارولينا الجنوبية صحيفة حقائق تسرد الأنواع المختلفة التي يمكن اعتبارها خطرة وتشير إلى أنه يمكن التخلص من الألواح غير الضارة في مكب النفايات الصلبة التابع للبلدية.
ومن بين الأنواع التي تتطلب معالجة خاصة، تعد بطاريات الأغشية الرقيقة أكثر ندرة من ألواح السيليكون البلورية. First Solar هي شركة مصنعة للألواح الشمسية وتقوم بتنفيذ برنامج إعادة التدوير منذ عام 2005 لإنتاج وحدات الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة من تيلورايد الكادميوم. ووفقا لشركة First Solar، فإن عملية إعادة التدوير تشمل التقطيع والطحن في مطحنة المطرقة. بعد ذلك، يتم فصل صفائح EVA عن الزجاج النظيف. بالإضافة إلى ذلك، تقوم شركات الطرف الثالث بعمليات ترسيب المعادن لاستعادة الكادميوم والتيلوريوم.
قال McGuire من Echo أنه نظرًا للمعادن الخطرة ومتطلبات التخلص الإضافية، توصي Echo عملائها بإرسال بطاريات ذات أغشية رقيقة تحتوي على الكادميوم مباشرةً إلى منشأة إعادة التدوير التابعة لشركة First Solar في أوهايو.
وأشار إلى أن اختبارات إيكو بشكل عام أظهرت أن الألواح الأخرى ليست من النفايات الخطرة. لكن لا يزال يتعين التعامل معهم بعناية.
وقال ماكغواير: 'لن يكون للوحدات الكهروضوئية النموذجية الكثير من التأثيرات الخطرة، ولكن مثل المنتجات الإلكترونية، فإننا بالتأكيد لا نريدها أن تملأ مدافن النفايات لدينا'.
وقال Orben من We Recycle Solar إن اختبارات شركته أظهرت أنه بموجب القانون الفيدرالي للحفاظ على الموارد وإعادة التدوير (RCRA)، فإن أكثر من ثلثي الألواح تعتبر نفايات خطرة بسبب تركيز الرصاص أو الفضة فيها. وفقًا لمعايير كاليفورنيا، فإن ما يقرب من 90% من نفس الألواح تعتبر خطرة لأنها حتى لو لم تتجاوز المحتوى المقبول من الرصاص أو الفضة، فإنها تتجاوز الحد المسموح به في الولاية للنحاس أو الزنك.
وفقًا لوكالة حماية البيئة الأمريكية، فإن مصنع يوما الذي يقوم بإعادة تدوير الطاقة الشمسية لديه ترخيص للنفايات الخطرة، والذي ينص على معالجة النفايات المسببة للتآكل والكادميوم والرصاص والفضة هناك.
بالإضافة إلى النظر في المواد الخطرة، تواجه إعادة تدوير الألواح الشمسية أيضًا تحديات من حيث الجدوى الاقتصادية.
وفقًا لتقرير صدر في مارس 2021 من المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) ومعهد أبحاث الطاقة الكهربائية، 'لم يتم تحسين التقنيات والبنية التحتية والعمليات الحالية المتعلقة بإعادة تدوير الوحدات الكهروضوئية لإعادة تدوير المواد عالية القيمة بشكل فعال من حيث التكلفة. 'ونتيجة لذلك، غالبًا ما يتم تعويض تكاليف إعادة التدوير عن طريق طرق التخلص الرخيصة والتي يسهل الوصول إليها'
وقال أوربن إن تكلفة معالجة كل لوحة من ألواح We Recycle Solar تصل إلى 25 دولارًا أمريكيًا، وتتراوح قيمتها بين 2 إلى 4 دولارات أمريكية من الألومنيوم والنحاس والرصاص والزجاج والفضة والسيليكون. وقال إن مصنعي المعدات الأصلية يقومون بالفعل بتخفيف الوزن واستخدام معادن منخفضة القيمة في جيل جديد من المنتجات الأكثر كفاءة، وهو خبر جيد من وجهة نظر المصنعين والمستهلكين، ولكن ليس للقائمين بإعادة التدوير.
وفي الوقت نفسه، لا يتوقع أوربن أن تنخفض تكاليف المعالجة بشكل كبير في المستقبل بسبب وفورات الحجم. ستظل العديد من التكاليف مرتبطة بالعمالة، ومن المتوقع أن تصبح العمالة أكثر تكلفة.
وأشار إلى أنه عندما يكون البديل هو معالجة النفايات الخطرة، لا تزال هناك حوافز اقتصادية لمولدي النفايات لدفع ثمن ألواح إعادة التدوير، ولكن عندما تتوفر مدافن النفايات الصلبة البلدية الرخيصة، فإن هذا التأثير سوف يختفي.
بالإضافة إلى ذلك، أشار أوربن إلى أنه ليس كل هواة الجمع يفهمون اقتصاديات التعامل الصحيح مع المواد، الأمر الذي خلق ضغوطًا على التكلفة منذ البداية.
غالبًا ما تتلقى منظمة We Recycling Solar مكالمات من محطات النقل ومدافن النفايات وغيرها من القائمين على إعادة التدوير الذين يقبلون الألواح الشمسية مجانًا أو بسعر منخفض (على سبيل المثال، 10 سنتات للرطل الواحد) لأنهم يعتقدون أنها تحتوي على الكثير من المواد القيمة.
وأضاف McGuire من Echo Environmental أن القيمة التجارية للألواح الشمسية تنعكس بشكل أساسي في إطار الألمنيوم، كما تولد منتجات الأسلاك والزجاج النظيف قدرًا معينًا من الدخل.
إن عملية إيكو المتمثلة في خلط مادة الخلايا الكهروضوئية الممزقة مع نفايات لوحة الدائرة الممزقة التي يتم شحنها إلى مصهر تقلل من قيمة مزيج لوحة الدائرة بمقدار بضعة سنتات لكل رطل، ولكن هذه الممارسة تحافظ أيضًا على المواد بعيدًا عن مدافن النفايات وتسمح بإعادة تدوير المعادن أيضًا لتعويض الطلب وقال للتدفقات من المصاهر.
وأشار شيجيريان من شركة ERI إلى أن مصنع فريسنو التابع لشركته هو المصنع الوحيد لشركة ERI الذي يعالج الألواح الشمسية في الوقت الحالي. لكن مرافق ERI الأخرى في جميع أنحاء البلاد تتلقى مكالمات حول إعادة تدوير الألواح الشمسية كل يوم.
وقال شيجيريان: 'إن الفرص هائلة، لكن القيام بذلك بالطريقة الصحيحة سيكلف الكثير من المال'.
تم تصميم الألواح الشمسية لتوليد الكهرباء لعقود من الزمن، لذا فإن إعادة بيع الألواح المستعملة قد يكون الخيار الأفضل اقتصاديًا وصديقًا للبيئة، وهذا التبادل يحدث بالفعل.
وفي الوقت نفسه، قال المصنعون إن بعض قوى السوق والسياسة الضريبية تعارض أيضًا إعادة الاستخدام.
وقال ماكغواير إن لدى Echo القدرة على اختبار إنتاج الطاقة من الألواح المستعملة حتى يمكن إعادة بيعها. وقال إن هذا فعال بالنسبة للوحدات ذات القيمة الأعلى، وأشار إلى أن هناك أسواقًا دولية للوحدات المستعملة بالإضافة إلى المشاريع المحلية لمرة واحدة.
لكنه أشار إلى أن الألواح التي لم تجتاز فحص مراقبة الجودة من قبل الشركة المصنعة لا يمكن إعادة بيعها. وقال ماكغواير إنه عندما يقوم المقاولون بتفكيك وتجميع الألواح الشمسية وشحنها إلى إيكو، فإن ما يصل عادةً هو أن الأنواع المختلفة من الألواح غير متطابقة، مما يجعل من الصعب الحفاظ على مخزون ثابت.
وبالإضافة إلى ذلك، فإن وتيرة ابتكار الألواح تعيق إعادة بيعها، لأن أسعار الألواح الجديدة تنخفض مع زيادة الكفاءة. وفقا لبيانات من إدارة معلومات الطاقة الأمريكية، بلغ متوسط قيمة الوحدات الكهروضوئية التي تم شحنها في عام 2019 (آخر عام تتوفر عنه بيانات) 41 سنتا لكل واط من ذروة توليد الطاقة. قبل عشر سنوات، كان المتوسط 2.79 دولارًا أمريكيًا لكل واط ذروة.
نقوم بإعادة تدوير الطاقة الشمسية ونقوم بإعادة بيع معدات الطاقة الشمسية. لكن أوربن يقارن هذه المشكلة أيضًا بالمشكلة التي تواجهها مناطق معينة من سوق الإلكترونيات. وقال أوربن: 'إن امتلاك لوحة كانت لا تزال قيد الإنتاج منذ 15 عاماً يشبه امتلاك بنتيوم 3 اليوم'.
ما يعيق السوق الثانوية أيضًا هو السياسة الضريبية للولايات المتحدة. وأشار ماكغواير إلى أن الحكومة الفيدرالية تقدم إعفاءات ضريبية لأصحاب المنازل الذين يقومون بتركيب أنظمة كهروضوئية جديدة، وبحلول عام 2021، سيصل الائتمان إلى 26٪ من تكلفة النظام.
وقال ماكغواير: 'إنها في الواقع بيئة تنافسية غير متوازنة، لأنه لا يمكنك الحصول على إعفاءات ضريبية على الوحدات المستعملة'.
ووفقا لبيانات إدارة معلومات الطاقة الأمريكية، زادت شحنات الألواح الجديدة بشكل كبير في السنوات الخمس عشرة الماضية. وفي عام 2019، كانت شحنات الوحدات الكهروضوئية كافية لتوليد أكثر من 16 مليون كيلووات من طاقة الذروة، أي بزيادة تقارب 14 مرة عن الشحنات قبل عشر سنوات.
ونظرًا لتحسين الأداء وتخفيض تكلفة اللوحات الجديدة، سيتم إيقاف تشغيل العديد منها قبل نهاية عمرها الإنتاجي (قال شيجيريان من ERI إنه نظرًا لأن العائد على الاستثمار مقنع للغاية، فقد يستبدلها منتجو الطاقة في غضون خمس سنوات أو أقل) ).
ويقدر تقرير صادر عن الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA) وبرنامج نظام توليد الطاقة الكهروضوئية (IEA-PVPS) التابع للوكالة الدولية للطاقة أنه بحلول عام 2050، ستصل الكمية التراكمية العالمية لنفايات الألواح الكهروضوئية إلى 60-78 مليون طن. أكثر من حوالي 43.500-250.000 طن في عام 2016.
ويدعو التقرير إلى اعتماد تدابير مثل اللوائح الخاصة بالنفايات الكهروضوئية. وقد حدث بعض منه بالفعل. على سبيل المثال، أصدرت أوروبا قوانين تجبر الشركات المصنعة للألواح الشمسية على تمويل جمع منتجاتها وإعادة تدويرها.
في عام 2017، أصبحت ولاية واشنطن أول ولاية تمرر مشروع قانون أنشأ برنامج مسؤولية المنتج الموسعة (EPR) للألواح الشمسية. اعتبارًا من يوليو 2023، سيلزم القانون الشركات المصنعة بتوفير الأموال اللازمة لجمع الألواح وإعادة تدويرها.
