Recykling paneli fotowoltaicznych i turbin wiatrowych – co się dzieje z nimi po zakończeniu eksploatacji?
Recykling paneli fotowoltaicznych i turbin wiatrowych staje się obecnie coraz bardziej istotny, ponieważ na całym świecie gwałtownie wzrasta liczba instalacji osiągających koniec swojego cyklu życia. Chociaż odzysk cennych materiałów, takich jak szkło, stal, miedź czy aluminium, jest niemal koniecznością, procesy recyklingu odnawialnych źródeł energii wiążą się z licznymi wyzwaniami.
Spis treści
- Recykling paneli fotowoltaicznych i turbin wiatrowych – problematyka
- Materiały stosowane do produkcji paneli fotowoltaicznych
- Materiały wykorzystywane do produkcji turbin wiatrowych
- Typowe uszkodzenia podczas eksploatacji paneli PV i turbin wiatrowych
- Recykling paneli fotowoltaicznych
- Recykling turbin wiatrowych
- Recykling paneli fotowoltaicznych i turbin wiatrowych – najważniejsze regulacje
Recykling paneli fotowoltaicznych i turbin wiatrowych – problematyka
Gospodarowanie odpadami pochodzącymi z odnawialnych źródeł energii stanowi dziś globalne wyzwanie. Trudności tkwią głównie w specyfice materiałów wykorzystywanych do produkcji systemów OZE, a także w niedoborze infrastruktury i odpowiedniej technologii umożliwiającej recykling paneli fotowoltaicznych i turbin wiatrowych.
Jednym z najbardziej problematycznych rodzajów odpadów z odnawialnych źródeł energii są turbiny wiatrowe, a w szczególności łopaty wirników. Według szacunków Unii Europejskiej, w latach 2020–2030 ma powstać 2 miliony ton odpadów z łopat turbin wiatrowych w postaci tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem szklanym (GFRP, ang. glass fiber reinforced polymer) oraz prawie 20 milionów ton odpadów z żywicy polibenzoksazynowej wzmocnionej włóknem węglowym (CFRP, ang. carbon fiber reinforced polymer). Przetwarzanie tych polimerów na surowce wtórne wymaga zaawansowanych technologii recyklingu turbin wiatrowych, które nie do końca są jeszcze opracowane. Brak wydajnych systemów gospodarowania oraz przestrzeni do ich bezpiecznego składowania stwarza ryzyko zanieczyszczenia środowiska pochodzącego z tych odpadów.
Polecany artykuł:
Sporym wyzwaniem jest obecnie także recykling paneli fotowoltaicznych. Dla porównania skali zjawiska – całkowita moc zainstalowanych systemów fotowoltaicznych w 2017 r. na świecie wynosiła ok. 400 GW, a według prognoz do 2050 r. osiągnie aż 4500 GW. Większość krajów rozwiniętych zaczęła intensywnie inwestować w fotowoltaikę po 2000 r., a żywotność paneli szacuje się na 20-30 lat. Oznacza to, że w najbliższych latach i dekadach liczba odpadów z fotowoltaiki będzie gwałtownie rosła. Zgodnie z prognozami Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej (IRENA), do 2030 r. powstanie od 1,7 do 8 milionów ton odpadów fotowoltaicznych, do 2050 r. ich ilość wzrośnie już do 60-78 milionów ton.
Potrzeba skutecznego systemu zarządzania zużytymi panelami fotowoltaicznymi jest szczególnie istotna ze względu na możliwość występowania w nich metali ciężkich, takich jak ołów i kadm, czy innych substancji toksycznych. Związki te mogą stanowić zagrożenie dla ekosystemów i zdrowia ludzi, jeśli nie zostaną odpowiednio przetworzone i zutylizowane. W związku z tym kluczowe staje się opracowanie kompleksowych rozwiązań recyklingu oraz regulacji prawnych, które ograniczą negatywny wpływ odpadów fotowoltaicznych na środowisko.
Materiały stosowane do produkcji paneli fotowoltaicznych
Głównym składnikiem ogniw fotowoltaicznych jest krzem, który występuje w formach monokrystalicznej, polikrystalicznej i amorficznej. Krzem jest półprzewodnikiem, który po absorpcji światła generuje pary elektron-dziura, umożliwiając przepływ prądu.
W nowoczesnych instalacjach, oprócz krzemu, stosowane są także inne materiały półprzewodnikowe, takie jak tellurek kadmu (CdTe) i ogniwa na bazie arsenku galu (GaAs).
W ogniwach fotowoltaicznych typu CdTe kadm występuje w postaci związanej chemicznie i nie stanowi bezpośredniego zagrożenia dla zdrowia ani środowiska podczas normalnej eksploatacji. Jednak problem pojawia się na etapie recyklingu paneli fotowoltaicznych. Jeśli moduły nie będą odpowiednio przetwarzane, istnieje ryzyko, że kadm zostanie uwolniony do środowiska. Panele PV, w szczególności te starszego typu, mogą zawierać również ołów (był on stosowany do lutowania), a także selen, który w większych ilościach wykazuje toksyczność m.in. dla organizmów wodnych i dla ludzi.
Polecany artykuł:
Moduły fotowoltaiczne składają się z warstw ochronnych. Jednym z kluczowych materiałów jest szkło hartowane, które chroni ogniwa przed uszkodzeniami mechanicznymi oraz warunkami atmosferycznymi, umożliwiając jednocześnie przenikanie światła.
Kolejnym ważnym materiałem jest kopolimer etylenu i octanu winylu – folia termoutwardzalna EVA, który pełni funkcję laminatu otaczającego ogniwa. Folia EVA zapewnia m.in. lepszą trwałość mechaniczną, ochronę przed wilgocią i zanieczyszczeniami, ogranicza degradację pod wpływem promieniowania UV. O ile samo szkło hartowane dość łatwo poddaje się recyklingowi, o tyle dużym utrudnieniem jest konieczność oddzielania szkła od folii EVA. W procesie odzysku trzeba więc zastosować specjalne metody np. obróbki cieplnej lub chemicznej w celu usunięcia warstw ochronnych.
Do produkcji ram paneli fotowoltaicznych stosuje się lekkie, odporne na korozję, długowieczne aluminium. Jest ono jednym z najłatwiej recyklingowanych materiałów w całym module PV. Proces ten w uproszczeniu obejmuje usunięcie zbędnych elementów, oczyszczenie i przetopienie materiału.
W panelach PV istotną rolę odgrywa również miedź, wykorzystywana w okablowaniu oraz złączach. Ma ona doskonałe właściwości przewodzące i jest materiałem niezbędnym do prawidłowego działania paneli. Do odzyskiwania miedzi stosuje się takie technologie, jak selektywne sortowanie, trawienie kwasami, pirolizę lub wytapianie, które pozwalają na oddzielenie jej od innych komponentów.
Materiały wykorzystywane do produkcji turbin wiatrowych
Turbiny wiatrowe składają się z następujących podzespołów: łopaty wirnika, wieży, gondoli zawierającej systemy mechaniczne i elektryczne, a także fundamentów. Większość materiałów stosowanych w turbinach wiatrowych, takich jak stal, aluminium i beton, jest teoretycznie łatwa w recyklingu. Przykładowo, stal może być wielokrotnie przetapiana i wykorzystywana w różnych sektorach przemysłu. Podobnie aluminium, którego odzysk pozwala zaoszczędzić do 95% energii w porównaniu do produkcji pierwotnej – można je odzyskiwać praktycznie bez utraty jakości. Beton z recyklingu turbin wiatrowych może być kruszony i używany do produkcji nowych materiałów budowlanych lub fundamentów.
Największym problemem są natomiast łopaty wirnika, które wykonuje się z kompozytów zbrojonych włóknem szklanym oraz włóknem węglowym:
- Kompozyty zbrojone włóknem szklanym: materiał ten charakteryzuje się wysoką wytrzymałością na rozciąganie, odpornością na zmiany temperatury i niekorzystne warunki atmosferyczne oraz długowiecznością; GFRP stanowi dominujący materiał w produkcji łopat, ponieważ łączy niską wagę z wysoką wytrzymałością, co pozwala na budowanie dużych i efektywnych turbin.
- Kompozyty zbrojone włóknem węglowym: w nowoczesnych turbinach, zwłaszcza tych o większych mocach, stosuje się te kompozyty ponieważ wyróżniają się jeszcze większą wytrzymałość i mniejszą masą niż GFRP; ponadto, mają lepszą odporność na zmęczenie materiału, co wydłuża ich żywotność i zwiększa efektywność energetyczną.
Typowe uszkodzenia podczas eksploatacji paneli PV i turbin wiatrowych
Panele fotowoltaiczne z czasem ulegają procesom degradacji, która wynika m.in. z długotrwałej ekspozycji na promieniowanie UV i wysokie temperatury. W rezultacie dochodzi do starzenia się materiałów półprzewodnikowych (np. krzemu) i do stopniowego zmniejszania wydajności paneli. Oprócz tego w systemach fotowoltaicznych pod wpływem warunków atmosferycznych i innych czynników zewnętrznych dochodzi do uszkodzeń mechanicznych. To z kolei może prowadzić do niepełnej produkcji energii lub całkowitego uszkodzenia instalacji.
W przypadku turbin wiatrowych częstym defektem są uszkodzenia łopat wirnika. Różnego rodzaju pęknięcia i deformacje występują na skutek zmiennych obciążeń wiatrowych i temperaturowych, a także kolizji ptaków z turbinami i innych uszkodzeń mechanicznych. Poza tym, z powodu zużycia, zanieczyszczeń czy niewłaściwej konserwacji mogą wystąpić awarie w przekładniach, generatorach oraz łożyskach. To z kolei prowadzi do przestojów i obniżenia wydajności turbin.
Polecany artykuł:
Recykling paneli fotowoltaicznych
Proces recyklingu paneli fotowoltaicznych polega na odzyskaniu i ponownym wykorzystaniu wartościowych materiałów, takich jak szkło, miedź, aluminium oraz krzem, za pomocą różnych technologii. Panele fotowoltaiczne rozdziela się na poszczególne komponenty, przy użyciu m.in cięcia mechanicznego, separacji magnetycznej lub elektrostatycznej. Następnie stosuje się obróbkę termiczną – pirolizę lub spalanie kontrolowane, oraz chemiczną – np. ługowanie chemiczne, trawienie kwasowe lub alkaliczne, metody elektrochemiczne.
Stosunkowo łatwo jest odzyskać szkło, aluminium oraz miedź. Możliwy jest też recykling krzemu, chociaż proces jest bardziej skomplikowany i kosztowny, wymaga zastosowania metod przetwarzania chemicznego. Po recyklingu paneli fotowoltaicznych część surowców zostaje ponownie wykorzystana do produkcji nowych modułów PV, a pozostałe komponenty znajdują zastosowanie np. w przemyśle budowlanym i elektronicznym.
Panele cienkowarstwowe, takie jak CdTe (z kadmem) i CIGS (z miedzią, indem i selenem), wymagają bardziej zaawansowanych metod recyklingu. Kadm i selen są toksycznymi substancjami, które muszą być odzyskane w kontrolowanych warunkach, aby zapobiec uwalnianiu metali ciężkich do środowiska. Do odzysku tych metali stosuje się głównie metody hydrometalurgiczne (np. trawienie chemiczne), a piroliza pomaga w usunięciu warstw polimerowych. Chociaż te technologie są rozwijane, wciąż nie są szeroko wdrażane na dużą skalę.
Recykling paneli fotowoltaicznych jest ograniczony poprzez wysoki koszt technologii, brak infrastruktury i złożoność niektórych procesów. Skuteczny odzysk surowców z odpadów po panelach PV wymaga specjalistycznych urządzeń i instalacji, a ich wysoka cena obniża opłacalność całego przedsięwzięcia W wielu regionach świata, szczególnie poza Europą, w ogóle brakuje infrastruktury do recyklingu paneli fotowoltaicznych.
Recykling turbin wiatrowych
Recykling turbin wiatrowych, a zwłaszcza ich łopat, to skomplikowany i kosztowny proces. Jak już wspomniano, łopaty wykonuje się z kompozytów wzmocnionych włóknem szklanym lub węglowym, które charakteryzują się wyjątkową wytrzymałością, ale jednocześnie są trudne do przetworzenia. Zawierają żywice epoksydowe, które podczas produkcji ulegają trwałemu utwardzeniu, co sprawia, że odzyskiwanie materiałów w pierwotnej postaci jest bardzo trudne i drogie. Technologie recyklingu tych materiałów są wciąż w fazie rozwoju. Obiecującą metodą wydaje się być piroliza, choć żywice epoksydowe są na nią odporne i wymagają bardzo wysokich temperatur. Alternatywą są metody chemiczne, takie jak solwoliza, które mogą skutecznie rozkładać żywice, ale te prowadzą do powstawania odpadów wymagających odpowiedniego zagospodarowania. Dodatkowe wyzwanie stanowią kwestie logistyczne – łopaty turbin wiatrowych mogą mieć nawet 100 m długości, co bardzo komplikuje ich transport i późniejszą utylizację.
Najłatwiejszy w procesie recyklingu turbin wiatrowych powinien być odzysk stali i betonu. Wieże turbin wiatrowych, wykonane głównie ze stali, po demontażu i wstępnym przetworzeniu można potencjalnie wykorzystać w budownictwie lub do produkcji nowych komponentów turbin. Stal jest materiałem powszechnie wykorzystywanym w recyklingu, stąd proces ten powinien być stosunkowo prosty i efektywny. Betonowe fundamenty turbin wiatrowych po rozdrobnieniu mogą znaleźć zastosowanie np. w budownictwie drogowym do produkcji nawierzchni asfaltowych lub jako kruszywo w innych konstrukcjach.
Po odzyskaniu materiałów z turbin wiatrowych, takich jak włókna szklane, węglowe i żywice, istnieje wiele innych potencjalnych możliwości ich ponownego wykorzystania, w tym:
- zastosowanie w materiałach budowlanych: włókna szklane i węglowe mogą wzmacniać kompozyty budowlane;
- produkcja nowych łopat turbin: odzyskane materiały mogą być wykorzystane w produkcji nowych komponentów turbin wiatrowych;
- wykorzystanie w przemyśle motoryzacyjnym: np. do produkcji lekkich i wytrzymałych elementów, takich jak części nadwozia;
- zastosowanie w przemyśle chemicznym: produkcja nowych materiałów syntetycznych.
W praktyce koszt i trudności technologiczne związane z pozyskiwaniem i przetwarzaniem włókien węglowych, a także innych komponentów ze zużytych turbin wiatrowych sprawiają, że proponowane rozwiązania są nie tylko mało opłacalne, ale też bardzo trudne w realizacji. Ponadto, odzyskane włókna szklane i inne kompozyty mogą nie spełniać wymaganych norm jakościowych w budownictwie i innych branżach, co zmniejsza zakres ich wykorzystania.
Niestety obecnie tylko niewielka część materiałów z turbin wiatrowych podlega recyklingowi. Większość starych łopat kończy jako odpady na wysypiskach, gdzie nie są one przetwarzane ani ponownie wykorzystane. Niechlubnym przykładem jest nielegalne wysypisko w Sweetwater w stanie Teksas w USA, gdzie na powierzchni 12 hektarów od lat składowane są ogromne ilości zużytych turbin wiatrowych.
Recykling paneli fotowoltaicznych i turbin wiatrowych – najważniejsze regulacje
Zgodnie z obowiązującymi przepisami prawa w Polsce, odpowiedzialność za recykling paneli fotowoltaicznych oraz turbin wiatrowych leży głównie po stronie producentów tych urządzeń, a w praktyce dotyczy również dystrybutorów i importerów.
Ustawa z dnia 11 września 2015 r. o zużytym sprzęcie elektrycznym i elektronicznym (Dz.U.2024.573 t.j.) reguluje kwestie związane z gospodarowaniem zużytego sprzętu elektrycznego i elektronicznego, w tym paneli fotowoltaicznych. Zgodnie z tą ustawą, panele fotowoltaiczne są zaklasyfikowane jako sprzęt elektryczny i elektroniczny i podlegają obowiązkom dotyczącym zbiórki, przetwarzania i recyklingu określonym w tej ustawie.
Ustawa nakłada obowiązek także na użytkowników paneli fotowoltaicznych. Zgodnie z art. 36: Użytkownicy końcowi (posiadacze zużytego sprzętu) są zobowiązani do przekazania zużytych paneli fotowoltaicznych do odpowiednich punktów zbierania lub podmiotów uprawnionych do ich odbioru. Odpady te nie mogą one być wyrzucane razem z innymi odpadami komunalnymi.
Autor: Mat. prasowe CTP
Panattoni zakończyło budowę centrum logistycznego dla Hermes Fulfilment. Inwestycja w Iłowej koło Żagania obejmuje 115 000 m kw. powierzchni zabudowy, ale dzięki wykorzystaniu wielopoziomowych antresol (4 kondygnacje) jej powierzchnia faktyczna wynosi niemal 250 000 m kw. Inwestycja przejdzie certyfikację środowiskową DGNB na poziomie Gold. Obiekt wyposażono w instalację fotowoltaiczną o mocy 0,5 MWp, z możliwością rozbudowy o kolejne 1,5 MWp. Udział odnawialnych źródeł energii w rocznym zapotrzebowaniu na energię końcową sięga 27,3 proc. – to bardzo dobry wynik, który pozwolił również obniżyć wskaźnik rocznego zapotrzebowania na EP o ponad 24,2 proc (co ponad dwukrotnie przewyższa wymagania taksonomiczne w tym zakresie).
Jednym z kluczowych zapisów ustawy jest jednak zobowiązanie względem dystrybutorów. Jak można przeczytać w art. 37 ust. 1 i 2: Dystrybutorzy są zobowiązani do nieodpłatnego przyjmowania zużytego sprzętu od użytkowników końcowych, o ile sprzedają oni sprzęt tego samego rodzaju. Przy dostawie nowych paneli fotowoltaicznych, dystrybutor musi odebrać zużyte panele od klienta. Ponadto, dystrybutorzy prowadzący sklepy o powierzchni sprzedaży co najmniej 400 m², specjalizujące się w sprzęcie dla gospodarstw domowych, są zobowiązani do przyjmowania małych zużytych urządzeń (o żadnym wymiarze zewnętrznym nieprzekraczającym 25 cm) bez konieczności zakupu nowego sprzętu (art. 37 ust. 3).
Na poziomie unijnym, recykling paneli fotowoltaicznych reguluje Dyrektywa WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment) czyli Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2012/19/EU z dnia 4 lipca 2012 r. w sprawie zużytego sprzętu elektrycznego i elektronicznego. Zgodnie z tą dyrektywą, producenci urządzeń elektrycznych i elektronicznych, w tym paneli fotowoltaicznych, są odpowiedzialni za zorganizowanie systemu zbiórki, odzysku i recyklingu zużytych urządzeń. Producenci muszą finansować te procesy i odpowiadają za zgodność z przepisami dotyczącymi minimalnych celów recyklingu.
W praktyce zastosowanie ma też np. polityka środowiskowa EPR – Rozszerzona odpowiedzialność producenta EPR (ang. Extended Producer Responsibility). Jest to zasada, która nakłada na producentów obowiązki związane z odpadem, jaki powstaje po zakończeniu użytkowania ich produktów.
W Polsce i w Europie brakuje na razie jednolitych regulacji prawnych dotyczących stricte recyklingu turbin wiatrowych. Jednak niektóre kraje europejskie (np. Niemcy, Austria, Holandia) oraz organizacje branżowe (WindEurope) podejmują własne działania zmierzające do uregulowania tej kwestii i promowania zrównoważonego zagospodarowania zużytych turbin wiatrowych.
