de.wedoany.com-Bericht: Ein chinesisches Forschungsteam hat ein Verfahren zum Recycling von ausgedienten kristallinen Silizium-Photovoltaikmodulen entwickelt, das auf Schwerflüssigkeitstrennung und Metallchlorid-Ätzen basiert. Das Verfahren umfasst drei Hauptschritte: Schwerflüssigkeitstrennung des gemischten Materials, Solarzellen-Ätzen und Lötzinn-Ätzen. Das Team führte parallel eine Lebenszyklusanalyse und eine technisch-wirtschaftliche Analyse durch, um die Gesamtleistung des Verfahrens zu bewerten.
Das Forschungsteam klärte durch systematische Experimente die zentralen Reaktionsmechanismen auf, die Redoxreaktionen, Komplexgleichgewichte und Hydrolyse-Fällung umfassen. Das Team gab an, dass die Auswahl umweltfreundlicher Chemikalien, die überlegene Recyclingleistung und das Potenzial für einen geschlossenen Kreislauf der Reagenzien die Umweltauswirkungen des Verfahrens verringern und die Grundlage für seine industrielle Anwendung legen. Das Ausgangsmaterial für die Experimente war eine Mischung aus Glaspartikeln, Solarzellen und Lötzinn, die von einem Recyclingunternehmen bereitgestellt wurde.
In der ersten Phase des Verfahrens wird Zinkbromid als Schwerflüssigkeit zur Trennung des Materials verwendet. Durch Einstellen der Flüssigkeitsdichte werden verschiedene Bestandteile zum Aufschwimmen oder Absinken gebracht, wodurch der Materialstrom getrennt wird. In dieser Phase werden vor der weiteren Verarbeitung über 98 % der Solarzellen und nahezu das gesamte Lötzinn zurückgewonnen. In der zweiten Phase werden die abgetrennten Solarzellen mit einer Lösung aus Aluminiumchlorid-Hexahydrat und Wasserstoffperoxid unter heißen Bedingungen behandelt, um die Silberkontaktschicht, die Aluminiumrückseitenschicht und die Siliziumnitrid-Antireflexionsschicht zu entfernen, während die darunterliegende Siliziumscheibe erhalten bleibt. Nach Parameteroptimierung ergaben sich die besten Bedingungen: Aluminiumchlorid-Hexahydrat-Konzentration 1,2 mol/l, Wasserstoffperoxid-Konzentration 2,0 %, Reaktionstemperatur 200 °C, Behandlungsdauer 120 Minuten. In der dritten Phase wird das abgetrennte Lötzinn, das aus einem Kupferkern mit einer Blei-Zinn-Legierungsbeschichtung besteht, mit einer Kupferchlorid-Dihydrat-Lösung behandelt, um Blei und Zinn zu entfernen und den Kupferkern zu erhalten. Die optimalen Bedingungen waren: Kupferchlorid-Dihydrat-Konzentration 0,4 mol/l, Rührgeschwindigkeit 600 U/min, Dauer 15 Minuten, Temperatur 60 °C.
Das Verfahren liefert Silizium mit einer Reinheit von 99,997 %, Silberchlorid mit einer Reinheit von 99,64 % (Silberrückgewinnungseffizienz 80,07 %), gewinnt Aluminium aus der Lösung und Kupferbänder mit einer Reinheit von 99,99 %. Als Nebenprodukte des Lötzinns fallen Zinnoxid und Bleisulfat an. Darüber hinaus wurde die Kupferchlorid-Ätzlösung erfolgreich regeneriert und wiederverwendet, was die Nachhaltigkeit des Verfahrens erhöht. Die Lebenszyklusanalyse, die auf der funktionellen Einheit von einem Kilogramm Input-Abfall basiert, zeigte, dass die drei Schritte – Schwerflüssigkeitstrennung, Solarzellen-Ätzen und Lötzinn-Ätzen – einen Beitrag zum Treibhauspotenzial von 0,049 kg CO₂-Äquivalent, 3,522 kg CO₂-Äquivalent bzw. 0,055 kg CO₂-Äquivalent leisten. Im Vergleich zu herkömmlichen Behandlungsmethoden reduziert das Verfahren die CO₂-Emissionen um 80,42 %. Die technisch-wirtschaftliche Analyse ergab, dass die Recyclingerträge für die Schritte Schwerflüssigkeitstrennung, Solarzellenbehandlung und Lötzinnbehandlung bei -0,04 USD/kg, 7,76 USD/kg bzw. 4,81 USD/kg lagen. Das Forschungsteam führt den negativen Ertrag der Schwerflüssigkeitstrennung auf die Berechnungsmethode zurück, bei der nur der Recyclingwert des Glases diesem Schritt zugerechnet wird, während der wirtschaftliche Wert der abgetrennten Solarzellen und des Lötzinns den jeweiligen Behandlungsschritten zugeordnet wird.
Diese neue Technologie wurde im „Journal of Cleaner Production" unter dem Titel „Sustainable recycling of waste crystalline silicon photovoltaic modules based on heavy liquid separation and metal chloride etching" veröffentlicht. Forscher der Sun Yat-sen-Universität und der China University of Mining and Technology waren an der Studie beteiligt.
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