Den Kreis schließen: Cradle-to-Cradle-Design bei PV-Modulen
Das Recycling von PV-Modulen stellt ein ungelöstes Problem dar. Die Arbeitsgruppe um Ian Marius Peters vom Projekt Cradle-to-Cradle PV forscht an Lösungen für dieses Problem. Der folgende Steckbrief stellt die wesentlichen Punkte des Projekts vor.
Was wird erforscht?
•Die Gruppe beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer Solarzellen und Solarmodul-Architekturen, die eine selektive Trennung zwischen Materialien oder Komponenten ermöglichen.
•Ein Beispiel dafür sind Perovskit-Solarzellen. Perovskite sind eine Materialfamilie, die ein hohes Potential für photovoltaische Anwendungen zeigen, und zur Zeit am Beginn der Kommerzialisierung stehen.
•Im Gegensatz zu herkömmlichen Silizium-Solarzellen können Perovskite aus der Lösung abgeschieden werden. Diese Eigenschaft ermöglicht es nasschemische Prozesse zur Wiederauflösung und Materialrückgewinnung zu etablieren, um die Ausgangsmaterialien mit hoher Reinheit zurückzugewinnen.
Wie wird es erforscht?
- Unser Lösungsansatz ist in der Graphik dargestellt.
- Zunächst wird eine Solarzelle aus einem Satz von Materialien gefertigt. Diese Solarzelle wird dann vermessen, um die Konversionseffizienz festzustellen.
- Parallel dazu wird eine großflächigere Struktur mit gleichem Aufbau produziert. Dieser Schritt ist notwendig, um genügend Material für einen Recyclingprozess zu haben; eine einzelne Zelle wäre hierfür ungeeignet.
- Die große Struktur wird dann selektiv, Schicht für Schicht dekonstruiert, und die Materialien aus denen die einzelnen Schichten bestehen werden zurückgewonnen und aufbereitet.
- Anschließend werden die zurückgewonnenen Materialien zur Herstellung einer neuen Solarzelle verwendet.
- Bei einem erfolgreichen Prozess unterscheidet sich die Effizienz der recycelten Solarzelle von der ursprünglichen nur unwesentlich.
- Dieser Ansatz wird durch eine detaillierte Materialcharakterisierung (Kristallstruktur, Reinheitsgrad,…) unterstützt.
Was ist das Ziel des Projektes?
- Ziel des Projektes ist die Entwicklung von vollständig zirkulär recycelbaren Solarmodulen, um Materialien gezielt zu trennen und wertvolle Stoffe effizient zurückzugewinnen. So wird der Materialkreislauf in der PV-Industrie geschlossen.
- Zirkuläre Solarmodule müssen auch wirtschaftlich attraktiv sein. Dies setzt voraus, dass sie effizient, lange und stabil funktionieren, und am Ende ihrer Lebensdauer leicht aufzutrennen sind.
- Die Aktivitäten haben Ende 2023 begonnen. Die ersten Experimente haben gezeigt, dass mehr als 99.9% der Masse einer Solarzelle zurückgewonnen und wiederverwendet werden kann.
- Das Projekt wird durch den Europäischen Forschungsrat (ERC) im Rahmen eines Consolidator Grants gefördert, mit dessen Hilfe die Gruppe „Sustainable Photovoltaics“ am Helmholtz Institut Erlangen Nürnberg (HI ERN) aufgebaut wird.
Das Team des Forschungsprojektes Cradle-to-Cradle PV
Was ist der Nutzen für die Gesellschaft
- Effizientes Recycling verhindert, dass Millionen Tonnen Abfall aus alten Solarmodulen auf Deponien landen. Zusätzlich wird die Umweltbelastung durch die Gewinnung und Verarbeitung neuer Rohstoffe weiter reduziert.
- Der Zugang zu recycelten Materialien verringert den Bedarf an neuen Rohstoffen. Dies sichert die Rohstoffversorgung in der EU und erhöht die Resilienz und Nachhaltigkeit des Energiesystems.
- Die Rückgewinnung wertvoller Materialien wie Silizium, Aluminium und seltene Metalle aus PV-Modulen kann die Kosten für die Herstellung neuer PV-Module senken.
- Letztendlich ist ein zirkuläres Design, das Kosten, Lebensdauer, Wiederverwendbarkeit und Recyclingfähigkeit von Solarmodulen berücksichtigt, die beste Option, um die erneuerbare Energie so nachhaltig zu machen wie keine andere Energietechnologie zuvor.
The sun rolling high through the sapphire sky keeps great and small on the endless round.