Solarmodule recyceln: Was bringt es und wie funktioniert es?
In den nächsten Jahren werden tausende Tonnen Solar-Schrott anfallen. Doch in den Solarmodulen stecken auch wertvolle Materialien. Es lohnt sich also, sie zu recyceln. Verfahren dazu gibt es bereits. Doch ein industrieller Maßstab ist noch nicht erreicht.
Nachhaltige Zukunft: Die Herausforderungen und Chancen des Recyclingprozesses für ausgediente Solarmodule im Fokus. PantherMedia / nostal6ie
Die ersten Photovoltaik-Anlagen (PV-Anlagen) sind in den 1990er-Jahren in Betrieb gegangen. Die Lebensdauer von PV-Modulen liegt bei durchschnittlich 25 Jahren. Das bedeutet: Die Module der ersten Generation müssen also aktuell und in naher Zukunft ausgetauscht werden. Expertinnen und Experten gehen von 20.000 bis 200.000 Tonnen Solarzellenabfall aus. Und da seit der ersten Generation tausende Solaranlagen hinzugekommen sind, ist von einer sprunghaft ansteigenden Menge auszugehen.
Die Internationale Organisation für erneuerbare Energien (IRENA) schätzt, dass bis 2030 mindestens 1,7 Millionen Tonnen Altmodule entsorgt und recycelt werden müssen. 2050 seien es dann wohl schon 60 Millionen Tonnen. Was mit den Modulen passieren soll, regelt seit Oktober 2015 das Elektro- und Elektronikaltgerätegesetz (ElektroG). Privatpersonen dürfen demnach alte PV-Module kostenlos an öffentlichen Wertstoffhöfen abgeben. Voraussetzung: Es handelt sich um eine für einen Privathaushalt typische Menge. Die Wertstoffhöfe sind rechtlich verpflichtet, die Module zurückzunehmen. Das ElektroG gibt darüber hinaus vor, dass der Anteil der Verwertung bei mindestens 85 Prozent liegen muss, die Recyclingquote bei 80 Prozent.
Woraus bestehen Solarmodule?
Es gibt unterschiedliche Arten von PV-Modulen. Zu den gängigsten gehören:
- kristalline Solarzellen, die hauptsächlich aus Silizium bestehen
- Dünnschichtmodule, bei denen neben Silizium auch andere Halbleitermaterialien wie Kupfer-Indium-(Gallium)-Diselenid oder Kadmium-Tellurid zum Einsatz kommen
Grundsätzlich lässt sich festhalten, dass Solarmodule sowohl Wert- als auch Schadstoffe beinhalten. Deshalb ist es wichtig, sich nicht nur mit dem Recycling der Wertstoffe zu beschäftigen, sondern auch zu klären, wie die Schadstoffe adäquat entsorgt werden können. Je nach Art der Module stecken diese Stoffe in den Modulen:
- Silizium
- Glas
- Aluminium
- Metall
- Kunststoff
- Kunststoffverbundfolie
- Kupfer
- Selen
- Indium
- Gallium
- Cadmium
Da es sich gerade bei Silizium um einen begehrten Rohstoff handelt und dieser bei Solarmodulen nach wie vor zum Einsatz kommt, ist es sinnvoll, besonders Silizium nicht einfach zu entsorgen, sondern wiederzuverwenden. Forschende haben sich damit eingehend beschäftigt und es gibt inzwischen einige wirtschaftliche Konzepte und Lösungen. Hauptsächlich hat man sich auf die beiden Rohstoffe Silizium und Glas konzentriert. Sie machen zusammen rund 80 Prozent der Modulmasse aus.
Welche Recycling-Methoden gibt es?
Es gibt bereits ein standardisiertes Verfahren für ausgediente Solarmodule. Als erstes werden sie einer sogenannten Erstbehandlung unterzogen. Dafür gibt es spezielle Anlagen. Ziel dieser Behandlung ist es, herauszufinden, ob die Module sich zur Wiederverwendung eignen. Darüber hinaus werden Flüssigkeiten und Schadstoffe entfernt. Danach geht es weiter, indem die Materialien voneinander getrennt werden. Als erstes werden die Anschlussdosen abgetrennt, in denen die Kabel verlaufen. Im Anschluss erfolgt eine thermische Behandlung der Module. Damit sollen die Kunststofffolien zersetzt werden. Danach wird der Aluminiumrahmen entfernt.
Erst jetzt geht es an die eigentlichen Zellen – inklusive der Glaseinfassung. Sie werden im ersten Schritt zerkleinert, damit im Anschluss Kupfer, Glas und Silizium anhand eines speziellen Trennverfahrens sortiert werden können. Zum Abschluss erfolgt die Reinigung der Siliziumschicht. Das ermöglicht die Abtrennung weiterer Aluminiumteile sowie der Leitschicht aus Silber. Alle Stoffe, die sich zum Recycling eignen, bekommen dann praktisch ein zweites Leben. Alle anderen Materialien werden ordnungsgemäß entsorgt.
Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE beschäftigt sich seit etlichen Jahren mit der Frage, wie sich Solarmodule recyceln lassen und die Wertstoffe daraus wiederverwendet werden können. Es kooperiert mit Start-ups und der Industrie, um hier neue Methoden und Verfahren zu entwickeln. In Zusammenarbeit mit einem Unternehmen ist es nun gelungen, Silizium und Silber in deutlich größeren Mengen zu recyceln. Notwendig sind dabei mehrere sogenannte nasschemische Ätzprozesse in Säurebädern, die es möglich machen, Metalle wie Kupfer, Silber und Aluminium zu trennen.
Das ist notwendig, um möglichst reines Silizium zu gewinnen. Sobald der erforderliche Grad an Reinheit erreicht ist, erfolgt ein Schmelzprozess mit anschließender Formung. Denn am Ende sollen quadratische Wafer herauskommen, die sich als Halbleiter wieder in neue PV-Module integrieren lassen.
Herausforderungen des Recyclings
Noch steht das Recycling am Anfang der Entwicklung. Und das könnte in naher Zukunft ein Problem darstellen. Schließlich rechnen Expertinnen und Experten mit großen Mengen Solar-Schrott. Es kann nicht das Ziel sein, diese Mengen über einen längeren Zeitraum zu lagern. Dafür steht aktuell kaum ausreichend Platz zur Verfügung. Hinzu kommt, dass nur die Module recycelt werden dürfen, die nicht mehr oder nur noch eingeschränkt funktionieren. Beschädigte Solarmodule sind von diesem Prozess ausgeschlossen. Sie müssen fachgerecht entsorgt werden. Sie über einen längeren Zeitraum zu lagern, würde bedeuten, dass man sie vor Umwelteinflüssen schützen und zudem dafür sorgen müsste, dass Gefahrenstoffe aus den beschädigten Modulen nicht in die Umwelt gelangen.
Die Tatsache, dass das Recycling noch in den Kinderschuhen steckt, bietet allerdings auch Chancen: Einerseits für Unternehmen, andererseits könnte sich hier eine neue Branche etablieren, die Arbeitsplätze schafft.
Expertinnen und Experten sind sich einig, dass ein Recycling von PV-Modulen möglichst rasch einen industriellen Standard erreichen und in großem Maßstab erfolgen muss. Dafür braucht es eine technologische Weiterentwicklung. Da Deutschland als Industriestandort hier bereits sehr aktiv ist, scheint es möglich zu sein, sich in diesem Umfeld eine Führungsrolle zu erarbeiten. Rein technisch gesehen sind recycelte Solarmodule allerdings weniger leistungsfähig als neue. Ihr Wirkungsgrad liegt noch etwas darunter. Aus Expertensicht ist es jedoch nur noch eine Frage der Zeit, bis dieses Problem gelöst wird.
Wirtschaftlichkeit des Solar-Recyclings
Aktuell muss davon ausgegangen werden, dass das Recycling von Solarmodulen noch nicht wirtschaftlich rentabel ist. Genauere Daten sind derzeit aber nicht verfügbar. Für eine ausreichende Wirtschaftlichkeit ist es notwendig, den Prozess in industriellem Maßstab aufzubauen. Einen ersten Ansatz dazu hat das Fraunhofer-Institut für Silizium-Photovoltaik CSP entwickelt. Durch den Einsatz automatisierter Datenerfassung soll es einfacher und besser möglich sein, die Materialien der Solarmodule exakter einschätzen zu können und die Preise daraufhin anzupassen. Eine erste Recyclingstraße in größerem Maßstab gibt es als Pilotanlage in Magdeburg.
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