إعادة تدوير الألواح الشمسية التحدى الأكبر لحماية البيئة من نفايات الطاقة الجديدة

صنع باحثون ألمان خلايا شمسية من السيليكون المعاد تدويره بنسبة 100%، وأعادوا استخدامها في ألواح جديدة،وهذه خطوة إيجابية للتعامل مع جبل النفايات القادم من الطاقة الشمسية، لكنها مجرد جزء واحد من التعامل مع تحد معقد.

قال مركز فراونهوفر للطاقة الشمسية الكهروضوئية في فرايبورج بألمانيا، إن باحثيه كانوا جزءًا من فريق أنتج خلايا شمسية من السيليكون المعاد تدويره بنسبة 100%، الخلايا هي المربعات الصغيرة، عادة ما تكون زرقاء، التي تراها مرتبة في نمط البلاط على الألواح الشمسية. إنها الأجزاء التي تلتقط طاقة الشمس لتحويلها إلى كهرباء، والسيليكون هو مادتها الأساسية.

قال بيتر بولد، مدير المشروع في مركز فراونهوفر للطاقة الشمسية، إن العملية يمكن أن تعمل لإعادة تدوير جميع أجزاء السيليكون الشمسية البلورية، بغض النظر عن الشركة المصنعة، مضيفا أن هذه تفاصيل مهمة لأن أحد التحديات في إعادة تدوير مكونات الطاقة الشمسية هو أن العملية تختلف أحيانًا لمراعاة الاختلافات في الشركة المصنعة.

وقال دولد في بيان “كان من المهم بالنسبة لنا تطوير عملية قابلة للتطوير وذات مغزى اقتصادي”.
تعد الرغبة في اقتصاد دائري حول الألواح الشمسية أحد الأسباب التي تجعل الإعلان من مختبر فراونهوفر مشجعًا للغاية.

وتعليقا على هذا، قال ميج تاو من جامعة ولاية أريزونا إحدى أهم مراكز تطوير أنظمة لإعادة تدوير مكونات الطاقة الشمسية: “أشيد بتقدمهم”، موضحا أن إعادة تدوير السيليكون ليست سوى جزء صغير من التعامل مع نفايات الطاقة الشمسية، حيث تزدهر الطاقة الشمسية، ويتم إنتاج ملايين الأطنان المترية من الألواح الشمسية كل عام، يبلغ عمر اللوحة المتوقع حوالي 25 عامًا، مما يعني أن مزارع الطاقة الشمسية الجديدة اليوم ستخرج عن الخدمة في أواخر الأربعينيات.

قالت الوكالة الدولية للطاقة المتجددة في تقرير عام 2016، إن النفايات الناتجة عن الألواح الشمسية في طريقها للانتقال من 250 ألف طن متري في عام 2016 إلى إجمالي تراكمي يبلغ 78 مليون طن بحلول عام 2050. سيكون لدى الولايات المتحدة 10 ملايين طن في ذلك العام.

وقال تاو إنه منذ ذلك التقرير، تسارع نمو الطاقة الشمسية، لذا من المرجح أن تكون أرقام عام 2050 أعلى.

مع تقدم الخلايا الشمسية في العمر، قد تبدأ شقوق صغيرة في الظهور على سطح السيليكون، مما قد يقلل من قدرة الخلايا على القيام بعملها. لكن معظم تدهور الألواح الشمسية ناتج عن اهتراء الأجزاء الأخرى، مثل الملامسات الكهربائية.
وقال تاو إن معظم الوزن في الألواح الشمسية، حوالي 75%، زجاج، يليه الألمنيوم بنسبة 10%، الأسلاك في صندوق التوصيل، بنسبة 5 %؛ والسيليكون بنسبة 3.5% فقط.
تحتوي الألواح أيضًا على كميات صغيرة من الرصاص، وهو أحد أسباب حاجتها للبقاء بعيدًا عن مدافن النفايات (النسب المئوية تقريبية ويمكن أن تختلف اعتمادًا على الاختلافات في التكنولوجيا والشركة المصنعة للوحات).

إذن السيليكون مادة مهمة، والقدرة على إعادة تدويره خطوة إلى الأمام، لكن الباحثين بحاجة إلى إيجاد طرق فعالة من حيث التكلفة لإعادة تدوير جميع الأجزاء في الألواح الشمسية.

قال تاو إن معظم القائمين بإعادة التدوير الذين يعملون مع الألواح الشمسية اليوم يقومون بتفكيكها لإعادة استخدام الألمنيوم والأسلاك، لكن هناك سوقًا محدودًا للمكونات الأخرى.

كان الباحثون يبحثون عن استخدامات للزجاج من الألواح الشمسية ووجدوا حلولًا مثل صنع مادة يمكن خلطها بالخرسانة.

قال تاو، إن الهدف النهائي لإعادة تدوير الطاقة الشمسية هو جعل العملية دائرية، مما يعني أنه يمكن معالجة المكونات الشمسية القديمة لاستخدامها في مكونات شمسية جديدة، هذا لم يحدث بعد مع الزجاج.

أخذ الباحثون خلايا شمسية قديمة وقاموا بتقسيمها إلى أجزاء صغيرة يصل حجمها إلى 0.1 ملليمتر ثم استخدموا عملية كيميائية لإزالة كل شيء باستثناء السيليكون.

كانت الخطوة التالية هي معالجة السيليكون في شكل يشبه كومة من الحبيبات الرمادية بعد ذلك ، يستخدم الباحثون هذا السيليكون لتصنيع خلايا شمسية جديدة.

تبلغ كفاءة الخلايا الناتجة 19.7%، مما يشير إلى مدى قدرة الخلايا على تحويل الطاقة من الشمس إلى كهرباء، قال دولد إن هذا أقل من 22.2 % من كفاءة الخلايا الجديدة المكافئة في السوق، لكنه أفضل من كفاءة الخلايا الشمسية القديمة التي أعيد تدويرها، البحث مستمر ، وقد يؤدي إلى مزيد من الكفاءة.

تاو هو جزء من فريق في ولاية أريزونا حصل على منحة بحوالي نصف مليون دولارً من وزارة الطاقة الأمريكية تم الإعلان عنها نوفمبر الماضي، سيستخدم مختبره المنحة للمساعدة في تطوير العمليات الكيميائية للمساعدة في استخراج المواد القيمة والسامة من الألواح الشمسية.

يشبه إلى حد كبير بحث إعادة تدوير البطاريات الذي كتبته الشهر الماضي، فإن بعض الأبحاث الواعدة في إعادة تدوير الألواح الشمسية تتعلق بتفكيك المواد على مستوى كيميائي، بدلاً من العملية الأقل تعقيدًا لتحطيمها ميكانيكيًا.

قال تاو، إنه لاحظ الاهتمام العام المتزايد بإعادة تدوير الألواح الشمسية، وهو ما يعتقد أنه لأن الناس يدركون أن الانتقال إلى الطاقة النظيفة يجب أن يتم بطريقة تقلل من النفايات.

وقال: “بالتأكيد الطاقة الشمسية مستدامة، ولكن إذا كانت التكنولوجيا لاستخدام الطاقة الشمسية غير مستدامة، فما زلنا لا نملك طاقة شمسية مستدامة”.

تابعنا على تطبيق نبض