태양광 패널 재활용의 과제

태양광 패널 폐기물은 향후 10년간 4000% 이상 증가할 것으로 예상됩니다.태양광 패널 재활용 산업은 이러한 양을 처리할 준비가 되어 있습니까?새로운 패널에 대한 수요가 기하급수적으로 증가하고 원자재가 부족해지면서 경쟁은 계속되고 있습니다.

태양 전지 패널재활용은 정말 어려운 일이 되어가고 있습니다.영국의 순 제로 전략에서 중요한 태양 에너지는 기업과 가정을 위한 지속적이고 지속 가능한 옵션이며 빠르게 성장하고 있습니다.

2021년에 영국은 730MW의 새로운 태양광 발전 용량을 추가하여 전체 용량을 14.6GW로 늘렸습니다. 이는 2020년보다 5.3% 증가한 수치이며, 2022년 2분기에는 태양광 발전이 영국 총 발전량의 6.4%를 기여했습니다.4월의 에너지 안보 전략에서 비즈니스, 에너지 및 산업 전략부(BEIS)는 2035년까지 영국의 태양광 배치가 5배 증가하여 전체 용량이 70GW에 이를 것으로 예상한다고 확인했습니다. 이는 영국 예상의 약 15%입니다. McKinsey에 따르면 전기 요구 사항이 증가하고 있습니다.

새로운 문제는 30년 수명이 다한 태양광 패널에 대해 무엇을 해야 하는가입니다.시장 성장이 미래에도 계속해서 급증함에 따라 태양광 폐기물 더미도 급증할 것입니다.국제재생에너지기구(IRENA)에 따르면 영국은 향후 10년 동안 3만 톤의 태양광 폐기물을 생성할 것으로 예상됩니다.게다가 2030년대에는 수명이 다한 패널이 급증할 것으로 예상됩니다.태양 전지 패널밀레니엄부터 흔들리기 시작합니다.IRENA는 2030년에 태양광 패널에서 발생하는 전 세계 폐기물이 170만~800만 톤에 이를 것으로 예측합니다.

또한, 패널에 대한 수요가 기존 부품의 가용성을 뛰어넘어 원자재 공급에 병목 현상이 발생할 가능성이 있습니다.

태양광 패널 재활용 업계에서는 수명이 다한 패널의 증가를 처리하고 새로운 태양광 패널의 제조를 지원하기 위해 용량을 늘려야 한다는 압력이 가중되고 있습니다.지난 7월, 태양광 산업 전문가인 Sam Vanderhoof는 IRENA의 데이터를 참조하여 전 세계적으로 태양광(PV) 패널 10개 중 1개만이 재활용되고 나머지는 매립지로 보내진다고 제안했습니다.

규제 및 규정 준수

영국 내에서는태양광 패널은 공식적으로 다음과 같이 분류됩니다.전기 및 전자장비(EEE), 전용 카테고리 14에 속합니다. 따라서 PV 패널은 폐기물 EEE(WEEE) 규정의 적용을 받습니다.수명이 다한 것을 모니터링하고 있으며 견고한 태양광 패널 재활용 인프라 개발이 이미 진행 중입니다.

태양광 패널 생산업체는 생산자 준수 제도(PCS)에 가입하여 시장에 출시된 톤수를 보고하고 해당 장치의 향후 재활용을 보장하기 위한 준수 사항을 확보해야 합니다.또한 사용자와 처리 시설에 재료 구성 및 올바른 폐기 방법을 알리기 위해 제품에 표시를 해야 합니다.

이와 동시에 유통업체는 수명이 끝난 제품을 수집해야 합니다.PV 폐기물에 대한 회수 절차가 있거나 정부가 승인한 회수 계획에 기여해야 합니다.

그러나 WEEE 규정 준수 비용으로 자금을 지원받는 NGO인 Material Focus의 CEO인 Scott Butler에 따르면 태양광 패널 복구에 영향을 미치는 몇 가지 독특한 고려 사항이 있습니다. 가구.국산제품이기는 하지만 많은 분들이 직접 다룰 수 있는 제품은 아닙니다.

“제거 작업에는 주 전기 분야에 등록된 전문가가 참여해야 하며 이들이 이 [폐기물] 관리의 핵심일 수 있다고 생각합니다.폐기물을 처리할 준비가 되어 있지 않기 때문에 어려울 수 있지만 폐기물 운반자가 되는 것은 그리 어렵지 않습니다.”

Butler는 현재 수명이 다한 태양광 패널은 제조 과정의 변화로 인해 재활용하기가 어려울 수 있다고 지적합니다. “재활용 측면에서 PV의 과제는 화학을 이해하는 것이라고 생각합니다. 특히 처음에는 다양한 화학물질이 혼합되어 있습니다.지금부터 나오기 시작하는 것들은 꽤 오래된 것들이고, 20년이라는 주기가 꽤 길어요.따라서 누가 무엇을 시장에 내놓았는지, 그것이 무엇인지에 관해 연결해야 할 정보 격차가 있을 수 있습니다.”

재활용 과정

패널 재활용 공정은 태양광 패널 구성에 따라 달라지며, 그 중 가장 일반적인 것은 실리콘 기반입니다.경제성과 유연성으로 잘 알려진 실리콘 태양전지판은 2020년 시장 점유율 73.3%를 차지했습니다.박막이 10.4%를 차지했고 다른 재료(염료 감응형, 농축형 광전지, 유기 하이브리드)로 제조된 패널이 나머지 16.3%를 차지했습니다(Chowdhury et al, 2020).

수집 시, 어떤PV 패널분해가 어렵습니다.알루미늄 프레임과 정션박스는 간단하게 제거할 수 있습니다.어려운 부분은 철 및 비철 금속, 플라스틱 및 반도체 재료가 소량 포함된 적층 평면 유리 시트입니다.처리 솔루션과 관련하여 문제는 기술적인 문제가 아닙니다. 열분해, 극저온 분리(동결) 및 기계적 파쇄가 다양한 물질에 대한 분리 기술로 존재하기 때문입니다.가장 큰 과제는 PV 패널이 수명이 짧은 포장 폐기물이나 소모품과 유사한 폐기물을 생성하지 않는다는 것입니다.따라서 주요 질문은 경제적 문제입니다. 폐기물이 언제 도착할지 모르는 처리 라인에 누가 투자할 것인가?

박막 패널에는 복합 금속 '카드뮴 텔루라이드'를 환경적으로 건전하게 회수하기 위한 몇 가지 추가 단계가 필요한 처리 공정이 포함됩니다.덜 인기 있는 선택이지만, 박막 패널은 보다 효율적인 재료 사용을 통해 더 얇은 반도체를 수용하고 제조 중 비용과 탄소를 절약합니다.이 패널은 낮은 조명과 '극한' 각도에서 더 나은 성능을 발휘하며 수직 표면과 정면에 유용합니다.

재료를 회수하기 위해 박막 PV 패널을 파쇄하여 적층을 제거한 후 회전 나사로 고체와 액체 파편을 분리합니다.이후 산과 과산화물을 이용해 필름을 제거한 후 진동을 이용해 층간 물질을 제거하고 남은 유리와 금속은 분리 회수한다.

대규모 태양광 패널 재활용

현재 재활용 계획이 꾸준히 성장하고 있음에도 불구하고 현재 재활용에 사용되는 태양광 패널 재료의 80~95%만이 회수됩니다.이를 발전시키기 위해 폐기물 관리 회사인 Veolia는 EIT RawMaterials가 자금을 지원하는 진행 중인 프로젝트에서 산업 규모로 태양광 패널을 완전히 재활용하는 프로젝트를 주도하고 있습니다.ReProSolar는 모든 실리콘 기반 PV 모듈 구성 요소를 복구할 수 있도록 수명이 다한 패널을 재활용하기 위한 매우 효율적인 프로세스를 개발하고 있습니다.

유리판에서 태양전지를 분리하는 박리 기술을 사용하여 물리적, 화학적 공정을 통해 PV 모듈을 파괴하지 않고 순은과 실리콘을 포함한 모든 재료를 복구합니다.

FLAXRES GmbH 및 ROSI Solar와 협력하여 두 회사는기술 회사PV 패널에서 원자재를 재생하는 새로운 방법을 개발하고 있는 이 프로젝트는 연말까지 산업 규모의 타당성을 테스트할 예정이며, 2024년에는 독일 실증 공장에서 연간 5,000톤의 폐기된 PV 모듈을 처리할 예정입니다.

완전한 재활용 프로세스를 상용화하는 것은 현재 시장 과제를 해결하는 데 핵심입니다. 회수된 PV 패널 부품의 강력한 공급을 통해 패널 수요 급증을 충족하고 태양광 패널 폐기물의 증가량을 처리합니다.

수요가 증가함에 따라 고부가가치 PV 패널 부품을 회수하면 상당한 경제적 이익을 얻을 수 있습니다.예를 들어, 은은 패널 중량의 0.05%를 차지하지만 시장 가치의 14%를 차지합니다.기타 귀중하고 회수 가능한 금속으로는 알루미늄, 구리, 텔루르 등이 있습니다.Rystad Energy에 따르면 수명이 다한 PV 패널에서 회수된 재료는 현재 1억 7천만 달러의 가치가 있지만 2030년에는 27억 달러 이상의 가치가 있을 것으로 예상됩니다.

태양광 패널 재설계

태양광 패널 재활용 세계의 혁신 외에도 패널 디자인도 재사용을 염두에 두고 재구상되고 있습니다.네덜란드 응용과학연구기구(TNO)는 수명 종료를 고려하여 제조된 새로 개발된 '재활용 설계'(D4R) 태양광 패널을 2021년 12월에 공개했습니다.30년의 수명 테스트를 거친 이 패널은 구성 요소를 손상시키지 않고 쉽게 분해할 수 있도록 설계되었습니다.

접착 호일로 캡슐화된 패널은 셀과 프레임을 분리하기 위한 통합 트리거 메커니즘을 보유합니다.이 과정은 에너지가 낮고 독성 요소가 포함되지 않습니다.

이 연구는 두 개의 프로젝트에 의해 진행됩니다. 첫 번째 프로젝트는 DEREC 프로젝트로, 시뮬레이션된 서비스 수명 후 깔끔한 해체를 보장하기 위해 소규모로 D4R 패널을 개념화하고 테스트했습니다.그런 다음 PARSEC 프로젝트는 상업 및 주거용으로 사용할 수 있는 풀 사이즈 D4R 패널로 기술을 확장할 것입니다.

패널인 반면제조거의 30년 전에는 재활용업체에게 현재의 과제를 제기했던 D4R 패널은 패널 재활용을 단순화하여 업계를 발전시킬 수 있었습니다.그리고 새로운 패널 외에도 컨소시엄은 재사용을 위한 순수 실리콘 획득을 달성하기 위해 현재 태양광 패널 모델의 재활용 기술을 연구하고 있습니다.

결론적으로

누적적으로 이러한 혁신은 상용화에 중점을 두는 점에서 가능성을 보여 주지만, 사용되지 않는 패널의 양과 새로운 패널에 대한 수요가 모두 증가함에 따라 필요한 규모가 충족될지에 대한 우려가 남아 있습니다.그러나 상용화 노력이 순조롭게 진행되고 완전히 회수된 재료로 패널을 제조하려는 계획이 실현될 수 있다면 태양광 패널 산업은 견고한 순환 경제를 기대하고 있습니다.