Det haster med å få blyet ut av silisiumsolceller, mener designforsker Lykke Margot Ricard.
Det haster med å få blyet ut av silisiumsolceller, mener designforsker Lykke Margot Ricard.

Forsker om framtidens solceller:
Forby bly og gjør solcellene lettere å gjenbruke

I framtiden vil vi stå med flere tonn solcelleavfall som fortsatt har begrensede gjenbruksmuligheter.

Solcelleparker skyter opp i landskapet for å fortrenge de svarte energikildene som kull og olje.

Det er godt nytt for klimaet. Spørsmålet er hva vi gjør med millioner av tonn avfall fra solpaneler når de er utrangert.

I 2050 kan det være 78 millioner tonn avfall fra solceller i verden, ifølge Det internasjonale agenturet for fornybar energi (IRENA).

– Vind- og solenergi er viktige i den grønne omstillingen, derfor handler det om at vi peker på avfallsutfordringen i tide, mener førsteamanuensis Lykke Margot Ricard, som forsker på bærekraftig innovasjon ved Syddansk Universitet:

– Avfallet er kanskje ikke et problem som er så stort akkurat nå, men det vokser eksponentielt og kan bli et miljøproblem.

Det internasjonale byrådet for fornybar energi (IRENA) estimerer at vi i 2050 kan stå med flere millioner tonn solcelleavfall i verden, og derfor må vi allerede nå forholde oss til hvordan vi designer solceller for gjenbruk, mener førsteamanuensis Lykke Margot Ricard.
Det internasjonale byrådet for fornybar energi (IRENA) estimerer at vi i 2050 kan stå med flere millioner tonn solcelleavfall i verden, og derfor må vi allerede nå forholde oss til hvordan vi designer solceller for gjenbruk, mener førsteamanuensis Lykke Margot Ricard.

Vanskelige å ta fra hverandre

Bruk grønne designprinsipper

Lykke Margot Ricard peker på at spesielt tre designprinsipper – også kalt green engineering principles – bør bli de bærebjelkene i framtidens solceller:

  1. Design for atskillelse: Større deler av solcellen skal kunne tas fra hverandre slik at det er mulig å bruke materialet til nye solceller.
  2. Unngå giftige tungmetaller i designfasen – selv om det bare er i små mengder.
  3. Vi bør skape gode rammer for innovasjon, design og et sirkulært marked.

Kilde: Lykke Margot Ricard/Peer Reviewed: Design Through the 12 Principles of Green Engineering

Gjenbruk er en av nøklene, påpeker Lykke Margot Ricard.

For vanlige silisiumsolceller gjenbrukes omtrent 85 prosent av materialet. De har også en garantert levetid på opptil 25–30 år.

Men selv om 85 prosent høres mye ut, er det flere utfordringer.

Holdbarhet har i dag blitt en av de parametrene som solcellene blir målt ut fra, og paradoksalt nok er den gode holdbarheten en av utfordringene for gjenbruk, utdyper Ricard.

Derfor bør solceller bygges som moduler, slik man kan gjenbruke dem i større deler.

Det limet som binder solcellen sammen og gjør at den tåler all slags vær, gjør at det er utrolig vanskelig å ta dem fra hverandre.

I dag fjerner man ledninger og gjenbruker aluminium fra rammene, mens noe av det resterende materialet knuses og brukes i stålindustrien eller som veifyll. Men slett ikke alt sammen:

– Fordi det er så vanskelig å demontere solceller, blir mye av glasset sendt til knusing, og man står med en blanding av polymerer, bly, sølv og kobber.

– Det kan ikke gjenbrukes, og det blir billigere for produsentene å kjøpe nye materialer.

En solcelle er satt sammen av flere deler, og blyloddinger finnes i en stor del av silisiumsolceller, ifølge Ingeniøren. Glass utgjør brorparten av en solcelle, mens for eksempel sølv og kobber utgjør under 1 prosent til sammen og finnes i loddingene, forklarer Lykke Margot Ricard.
En solcelle er satt sammen av flere deler, og blyloddinger finnes i en stor del av silisiumsolceller, ifølge Ingeniøren. Glass utgjør brorparten av en solcelle, mens for eksempel sølv og kobber utgjør under 1 prosent til sammen og finnes i loddingene, forklarer Lykke Margot Ricard.

Må skapes et marked for gjenbruk

Hvordan gjør vi dette bedre i framtiden?

– Hvis man fant måter å oppløse den utrolig sterke polymer-lamineringen, limet, mellom glass og solceller, vil man kunne gjenbruke mer silisium og glass. Dermed kan man skape et marked for å gjenbruke mer av de helstøpte materialene og til høyere verdi, mener Lykke Margot Ricard.

Flere studier (her og her) tyder på at det trengs en infrastruktur for gjenbruk slik at det blir mer lønnsomt.

Selv om det arbeides med dette, kan det ta flere år å finne de rette løsningene, mener Ricard.

– Vi må designe for bærekraft, unngå giftige materialer som bly, bruke mindre mengder av materialer og sørge for at vi kan skille materialene senere.

Solceller og vindmøller vil bli stadig viktigere. Solcellekapasiteten i Danmark vil for eksempel vokse fra litt over en gigawatt i dag til 5,1 gigawatt i 2025.

EU har avsatt penger til en sirkulær solcelleøkonomi

EU har igangsatt et initiativ – Circular Business Models for the Solar Power Industry – som gir støtte til prosjekter som blant annet tester hvordan solpaneler fra hustak og solfarmer kan gjenbrukes.

Det gjelder for eksempel å drive el-sykkelladestasjoner i Berlin og boligkomplekser i Belgia. EU har også et direktiv fra 2012 som handler om håndtering av avfall fra elektronisk utstyr.


Kilde: Circusol & EU

Ut med tungmetaller

Bruken av tungmetallene bly og kadmium i silisiumsolceller er annen en utfordring. De brukes i omkring 80 prosent av alle silisiumsolceller.

Og det bør også gå raskt, mener Lykke Margot Ricard.

I dag har EU forbudt bly i alle elektronikkprodukter, med unntak av solceller.

– Man kan spørre seg om det virkelig er nødvendig. Bilindustrien har gått vekk fra bly i bilbatterier, og det burde være mulig med solceller også.

Så lenge bly befinner seg i solcellen, er ikke det farlig for miljøet. Men hvis de ikke håndteres korrekt, er det en risiko for at tungmetallet slipper ut som støvpartikler.

Selv om det forskes på alternativer til bly i solceller, er de miljøvennlige alternativene dyrere, og man er i tvil om de er like holdbare, forklarer Ricard.

– Det er en barriere for den grønne omstillingen fordi unntaket ikke skaper innovasjon.

– Ansvaret kan ikke utelukkende plasseres hos produsentene. Det er også et EU-ansvar, for utfordringene med avfall kommer til å bli globale. Derfor er det også viktig med felles regulering på området, sier forskeren.

De blå bjelkene viser at det er bly i over 30 prosent av solcelleloddingene i år 2029. Og selv utfasingen er i gang, går det for sakte, mener Lykke Margot Ricard.
De blå bjelkene viser at det er bly i over 30 prosent av solcelleloddingene i år 2029. Og selv utfasingen er i gang, går det for sakte, mener Lykke Margot Ricard.

Langt fra en sirkulær økonomi

Solceller er bare ett eksempel på en grønn teknologi som ikke er bærekraftig nok.

Professor Thomas Fruergaard Astrup forklarer at avfallsproblemet også omfatter vindmøllevinger – og mange andre former for elektronikk og bygningsmaterialer.

– Denne nye teknologien må også inngå i et sirkulært kretsløp og designes slik at de kan gjenbrukes, utdyper Astrup.

I den beste av alle verdener ville en utrangert vindmøllevinge eller mobiltelefon kunne tas fra hverandre, og at delene kunne brukes i et produkt av samme type – altså øverst på en gjenbruksstige.

Det er veldig sjeldent. Utrangerte vindmøller eller solceller blir som regel knust.

Eller så ender de på en søppelfylling. Altså langt nede på gjenbruksstien.

– Vi trenger fortsatt nye råmaterialer til å lage de nye solcellene, og vi kan heller ikke bare lage nye vinger av de gamle, forklarer Astrup.

– Det er ingen tvil om at vi er veldig langt fra en situasjon der vi kan sikre en sirkulær bruk av de ressursene. Det er ikke bare til fornybar energi, men også på mange andre områder i samfunnet, fortsetter professoren.

Du kan lese mer om utfordringene med vindmøllevinger i boksen under artikkelen.

Etterspørsel etter råstoffer stiger

Flere studier – blant annet en studie i tidsskriftet Science – beskriver hvordan etterspørselen etter råstoffer til grønne teknologier som vindmøller, elbiler og solceller vil vokse betydelig de neste par tiårene.

Det inkluderer blant annet kobber, kobolt, nikkel og litium. Etterspørselen etter grafitt, litium og kobolt ventes å stige med over 500 prosent fram mot 2050.

Utvikling i to spor

For å få til en sirkulær økonomi, må vi arbeide langs to spor, ifølge Astrup.

  1. Vi må skape økonomiske rammer som gjør at det ikke lenger er billigere å bruke de tradisjonelle materialene i produksjonen.
  2. Vi må sørge for at de gjenbrukte materialene kommer i høy kvalitet, og sikre en forsyningskjede som gjør bedriftene er garantert at de kan få tak i det de trenger.

– Vi må tenke på dette før vi konstruerer teknologien, men på det området har vi nesten ikke startet, sier Astrup.

80 prosent av miljøavtrykket bestemmes i designfasen

Faktisk blir omtrent 80 prosent av miljøavtrykk fastlagt i designfasen, forklarer Lykke Margot Ricard.

Ricard håper derfor at design for holdbarhet må vike til fordel for design for bærekraft.

I tillegg kan vi vurdere om gjenbruk skal være en konkurranseparameter i framtiden, spekulerer hun.

– Man kan kanskje se mer på en slags gjenbruksmerking av produkter, slik at for eksempel forbrukere, men også pensjonsselskaper, kan se hva som kan gjenbrukes.

– Det vil bety at man ikke bare måler pris, effektivt og produsentgaranti, men også gjenbruk, avslutter Ricard.

Referanser:

End-of-life management: Solar Photovoltaic Panels, IRENA, 2016.

Paul T. Anastas og Julie B. Zimmerman: Design Through the 12 Principles of Green Engineering. Enviromental Science & Technology, 2003. Doi.org/10.1021/es032373g

Md. ShahariarChowdhury mfl.: An overview of solar photovoltaic panels’ end-of-life material recycling, Energy Strategy Reviews, 2020. Doi.org/10.1016/j.esr.2019.100431

Garvin A. Heath mfl.: Research and development priorities for silicon photovoltaic module recycling to support a circular economy, Nature Energy, 2020. Doi.org/10.1038/s41560-020-0645-2

Analyseforudsætninger til Energinet. Energistyrelsen, 2020.

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no. Les originalsaken på videnskab.dk her.

Vi vil gjerne høre fra deg!

TA KONTAKT HER
Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? Eller tips om noe vi bør skrive om?

Powered by Labrador CMS