Возобновляемая солнечная энергетика активно развивается по всему миру, однако ограниченный срок эксплуатации солнечных панелей (обычно 25-30 лет) создает потенциальные трудности. Ожидается, что к 3050 году до 78 миллионов тонн отслуживших солнечных панелей потребуют утилизации, учитывая, что они изготовлены из материалов, которые практически не подвержены разложению. Специалисты из Сингапура разработали инновационное решение – метод переработки вышедших из строя панелей, позволяющий замкнуть их жизненный цикл и использовать для изготовления других востребованных продуктов.
Большинство производимых солнечных панелей изготавливаются из высокочистого кремния. Однако отделение этого материала от других компонентов, включая алюминий, медь, серебро, свинец и пластик, представляет собой сложную задачу. Кроме того, полученный после такой обработки кремний часто содержит примеси и дефекты, что делает его непригодным для использования в другой кремнесодержащей продукции.
Получение высокочистого кремния с использованием современных технологий требует значительных затрат энергии и предполагает использование токсичных химических веществ. В связи с этим, данный процесс достаточно дорогостоящий и не получил широкого распространения. Группа ученых из Наньянского технологического университета разработала более эффективный способ с использованием ортофосфорной кислоты ( H3PO4), которая находит применение в пищевой промышленности и при производстве напитков.
«Предлагаемый нами метод восстановления кремния отличается высокой эффективностью и результативностью. Благодаря отсутствию необходимости использования нескольких реагентов, снижается объем последующей очистки химических отходов. При этом, нам удалось достичь значительной степени извлечения чистого кремния, которая сопоставима с результатами, получаемыми при использовании энергозатратных методов экстракции», — заявил ведущий автор исследования Нрипан Мэтьюз ( Nripan Mathews).
Для извлечения металлов, таких как алюминий и серебро, с поверхности отработавших солнечных элементов, предложена новая технология, основанная на воздействии горячим раствором ортофосфорной кислоты ( H3PO4) промывка осуществляется в течение 30 минут. Для завершения удаления металлов процедура повторяется с использованием свежей ортофосфорной кислоты. В итоге получают высокочистые кремниевые пластины.
Оценка образцов с помощью рентгенофлуоресцентного анализа и оптико-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой показала, что они имеют впечатляющую степень восстановления 98,9% и чистоту 99,2%. Это сопоставимо с показателями восстановленного кремния, полученного применяемыми сегодня методами.
Благодаря этим свойствам, кремний пригоден для производства анодов литий-ионных аккумуляторов. Тестирование батарей, созданных с использованием этого материала, показало, что их эффективность сопоставима с эффективностью аккумуляторов, изготовленных из свежего, а не восстановленного кремния.
Ученые полагают, что этот более экономичный и оперативный способ регенерации кремния станет стимулом для дальнейшего совершенствования аккумуляторных батарей для электромобилей. В связи с этим они уже рассматривают возможность внедрения технологии в производство и ищут промышленные предприятия для сотрудничества.
По мере эксплуатации солнечные батареи постепенно теряют эффективность, снижаясь примерно на 1% ежегодно. Несмотря на то, что за 25-30 лет их производительность снижается незначительно, с экономической точки зрения предпочтительнее заменить фотоэлементы на новые, чтобы восстановить максимальную выработку.
Несмотря на то, что старые фотоэлементы изготавливаются из стекла, алюминия, серебра и кремния, ни один из этих компонентов по отдельности не подвержен коррозии. Переработка таких элементов возможна, однако в условиях высокой стоимости энергии, особенно в странах с развитой солнечной энергетикой, затраты на восстановление материалов превышают стоимость новых, произведенных традиционным способом переработки. Новое изобретение, разработанное сингапурскими учеными, способно переломить сложившуюся ситуацию.