Photovoltaik Abfall der Zukunft - Rohstoff der Zukunft 25.09.2019 – VOEB – Wien DI Dr. Hannes Menapace, Peter Seppele GmbH DI Dr. Gernot Oreski, Polymer Competence Center Leoben GmbH ENERGY RESEARCH 4 TH CALL TOPIC 5.5 PHOTOVOLTAICS
PhotovoltaikAbfall der Zukunft - Rohstoff der Zukunft25.09.2019 – VOEB –Wien
DI Dr. Hannes Menapace, Peter Seppele GmbHDI Dr. Gernot Oreski, Polymer Competence Center Leoben GmbH
ENERGY RESEARCH 4 TH CALLTOPIC 5.5 PHOTOVOLTAICS
> Gründung im Jahre 1929
> Zentrale Feistritz/Drau
> Pelletswerk Sachsenburg
> Recyclinghof Villach
> Hauptsitz in Feistritz/Drau umfasst drei Betriebsbereiche
> BT I: Gefährliche Abfälle, Lager für Betriebsmittel, Werkstätte,
Verwaltung
> BT II: Brückenwaage mit Waaghaus, Nicht gefährliche Abfälle,
Splittinganlage für Gewerbeabfall, Schrotthandel und
Autotrockenlegung
> BT III: Produktion von Dämmstoffen sowie Heizino-Holzpellets
„Sammeln und verwerten statt verschwenden“
AbfallwirtschaftFossile Brennstoffe
Dämmstoffe Holzpellets
> Abfallanalytik (Abwasser- und Abfallanalysen)
> Abfallwirtschaftskonzepte und Fachberatung
(Trainings, Schulungen)
> ADR-Transporte
> Altautos
> Altglas
> Altholz
> Altmetalle/Schrotte (Eisen- und Buntmetalle)
> Altöl
> Altpapier
> Altreifen
> Altspeisefette
> Autotrockenlegungsanlage
> Bauschutt
> Baustellenabfälle und Sperrmüll
> Bioabfall
> Biologische Kleinkläranlagen Beratung und
Wartung
> Chemisch-physikalische Behandlungsanlage für
Flüssigabfälle
> Containerdienste und Transporte
> Datenträgervernichtung (Akten, Festplatten)
> Elektronikschrott
> Entrümpelungen
> Evententsorgungen
> Fachberatungen
> Fäkalienabfuhr
> Fettabscheiderreinigungen
> Gefährliche Abfälle und Problemstoffe
> Gewerbeabfall und Hausmüllentsorgung
> Kanalspülung und -reinigung
> Kartonagen
> Kunststoffe
> Lagerlogistik
> Ölabscheiderreinigungen und Wartung
> Recyclinghofbereitstellung
> Reinigungsdienstleistungen (Straßenreinigung etc.)
> Sortieranlage (Mechanische Aufbereitung)
> Speisereste
> Straßenreinigung
> System-Regionalpartner (ARA, Interseroh, Reclay,
UFH, Landbell, ELS, Bonus)
> Tankreinigung, Tankrevision und Tankdemontagen
> Wertstoffhandel
Dienstleistungen von A bis Z
www.pccl.at 5
Polymer Competence Center Leoben GmbH About Us
PCCL at a Glance
Leading Austrian Center ofExcellence for application-orientedresearch in the field of polymertechnology and polymer science
Foundation 2002Organisation GmbH (ltd.)Turnover p.a. € 9 Mio.Employees 100Patents 45
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Projektdaten
❖ 5 Industriepartner−Davon 4 KMU
❖ 4 wissenschaftliche Partner− Projektkoordinator: PCCL (St)
❖ Laufzeit 3 Jahre❖Budget−Gesamtkosten: 2.623.521 €− Fördermittel: 2.033.052 € (68,2%)
Betriebe54%
WissenschaftlichePartner 46%
WP19%
WP225%
WP324%
WP435%
WP57%
Budgetaufteilung Partner und Arbeitspakete:
Projektmotivation
European Comission, PV Status Report 2018, https://ec.europa.eu/jrc/en/publication/eur-scientific-and-technical-research-reports/pv-status-report-2018
❖ PV-Produktion ist ein Wachstumsmarkt : 2017 wurden etwa 100GWp an PV-Modulen weltweit produziert
− China, Taiwan und Malaysia dominieren die Modulproduktion
❖ Jährliche Wachstumsraten liegen bei 30 bis 40 %
❖ Installierte Kapazität > 500 GWp (2018)
− ~ 80% in 5 Länder (China, USA, Japan, Deutschland, Indien)
− ~ 120 GWp in der EU installiert
− > 1.25 GWp in Österreich installiert
Motivation – Recycling potential
IEA PVPS Task 12, Report “End of life management solar photovoltaic panels, “ http://iea-pvps.org/index.php?id=381
❖ Weltweit stark steigendes Abfallaufkommen bei PV-Modulen wird für den Zeitraum 2016 bis 2050 erwartet
❖ Bedingt durch das derzeit noch geringe Abfallaufkommen ist derzeit noch keine eigene Behandlungs- / Verwertungsschiene für PV-Module gegeben
− Bis dato erfolgt nur eine mechanische Abtrennung des Rahmens zur stofflichen Verwertung und nach Möglichkeit eine Abtrennung und Verwertung der Glaskomponente
− Öko-Design und Rezyklierbarkeit sind derzeit von untergeordneter Bedeutung, sollten aber in Zukunft wichtig werden
Motivation – Seppele
Abfallwirtschaftsgesetz (AWG)Elektroaltgeräteverordnung
• Stoffverbote
• Sammelstellen
• Systeme und Entpflichtung
• Gerätekategorien
• Verwertungsziele
AbfallbehandlungspflichtenV
• Anforderung an Sammlung-, Lagerung und Transport
• Anforderung an die Behandlung (Getrennt nach PV-Art)
AbfallverzeichnisV
• Abfallverzeichnis
• Dzt. keine eigene SN für PV-Module – Zuordnung zu Großgeräten 35220/35221
• Überarbeitung Abfallverzeichnis (ev. eigene SN für PV-Module, Stand 04.10.18)
❖ Abfallwirtschaft ist ein stark reglementierter Markt (AWG, EAG-VO, Abfallbehandlungspflichten-VO)
− Stoffströme damit eingeschränkt bzw. sortenrein
− Entsorgungsnachweise
❖ Abfallwirtschaft übernimmt Stoffe, die früher Produkte waren und an ihrem Lebensende angelangt sind
− Vergangenheitsbezug bei diversen Abfallströmen (Bsp. KMF)
− Prognosen zum Abfallaufkommen aus Basis der bereits installierten PV-Module und deren Lebensdauer
− Abfall der in Zukunft in seinem Mengenaufkommen steigen wird
− Derzeit noch keine Anlagenkapazität vorhanden – Entsorgungssicherheit für Kunden
❖ Anlagenbereitstellung braucht Vorlaufzeit
Motivation – Optimierung
❖ Anfangsausfälle (1-5 Jahre Laufzeit) → Leistungsverlust
❖ Defekte und Fehler an der Rückseite (Backsheet) und den Anschlußdosen hängen stark von Umwelteinflüssen und klimatischen Stressbedingungenab
− Potential der Lebensdauerverlängerung durch Entwicklung von Reparatursets, die im Feld eingesetzt und im Zuge von Routineprüfungen durchgeführt werden können zur Vermeidung von frühen Ausfällen
− Weiternutzung der reparierten Module nach Sicherheitsprüfung (Gewährleistung, Elektrosicherheit)
M. Halwachs et al. 33rd European Photovoltaic Solar EnergyConference and Exhibition
A. Zielnik; Photovoltaics World Magazine 1, 5, 2009
Projektvision PVRe²
Reparatur von defekten PV-Modulen
zur Erhöhung der Lebensdauer
Verbesserte Recyclingstrategien
und Technologien für verbaute PV-Module
Materialentwicklung für neue,
nachhaltigere PV-Module
Nachhaltige PV
Schlüsselvorgaben für nachhaltige PV-Module
Basis für nachhaltige PV-Module der nächsten Generation
❖ Verbessern der Recyclingprozesse bei Silizium-PV-Module durch eine schichtweise Auftrennung des Materialverbundes
❖ Steigern der Wiederverwendbarkeit und Verbesserung des Umwelteinflusses (Ökologischer Fußabdruck) der eingesetzten PV-Materialien und Komponenten in einer nachhaltigen Modularchitektur (Ökodesign)
❖ Initiierung von Reparaturlösungen die on-site bei PV-Modulen angewendet werden können um frühe und in der mittleren Lebensphase der Module auftretende Fehler beheben zu können (gerissene Backsheets, Defekt an den elektrischen Anschlüssen)
Recycling
Recyclability
Repair
SustainablePV
Wertschöpfungskette im Projektkonsortium
Umfassender, vertikaler Zugang der den gesamten Produktions- und Produktlebenszyklus abbildet
❖ Abdeckung der gesamten Produktions- und Wertschöpfungskette durch die Firmenpartner
❖ Abdeckung aller wissenschaftlichen Fragestellungen und Sparten durch die wissenschaftlichen Partner im Projekt
Material-entwicklung
Modul-technologie
Wartung
Recycling-technologie
Recyclingtechnologie
Verfahrensentwicklung
Entsorgung / Recycling
Konzept: Nachhaltiges PV-Modul
Materialentwicklung
Modulentwicklung
WP
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Zuverlässigkeit
Konzept “Reparatur”
Prozessentwicklung
MaterialentwicklungZuverlässigkeit
Projektstruktur
WP2
WP3
WP4
Konzept Umsetzung/Entwicklung Evaluierung
Recycling – Vorgaben/Zielsetzungen
Stand der Technik: Recycling
❖ Gesamtes Modul wird derzeit geshreddert
❖ Zusammensetzung bezogen auf das einzelne Modul wird nicht erfaßt/ist nicht bekannt
− Mögliche Anwesenheit von gefährlichen Substanzen wird nicht berücksichtigt
Recycling und Wiederverwertung
❖ Entwicklung von Werkzeugen für (I) die automatische Identifikation der verarbeiteten Materialien und (II) den elektrischen Output der alten PV-Module
− Entsorgte Module haben oftmals noch nicht ihr Lebensende erreicht
❖ Schichtweise Auftrennung der PV-Module
− Auftrennung von EVA, Metall/Halbleiter und Fluorpolymer− Aufkonzentrierung von schädlichen Stoffen (Pb - Schlamm)
Fluor (Backsheet)− Funktionstüchtige Komponenten für den Einsatz in PV-
Modulen (Re-use – z.B. Glasplatten)
* Forecast [own calculations]
https://www.elektrotechnik.ch/artikel/recycling-von-photovoltaik-modulen/
Übernahme – Aktueller Stand
Übernahme
❖ Elektroaltgeräte werden in der Regel kostenlos übernommen
❖ PV-Module sind in der EAG-VO als gewerbliche Geräte eingestuft
❖ Keine Abrechnung als Haushaltsgeräte, keine kostenlose Übernahme
Abwicklung / Systeme
❖ Rücknahme im Zuge einer Neuinstallation (Zug-um-Zug-Geschäft)
❖ Entpflichtung via System
❖ Meldung eines Abholbedarfs durch Professionisten (läuft über Hersteller)
❖ Abholung (bzw. Auftrag) durch System
❖ Keine direkte Beauftragung durch den Endkunden
Seppele
❖ Derzeit vorwiegend ASZ
❖ Durchschnitt 100 – 200 kg
❖ Paletten, einfoliert, lichtgeschützt
❖ Entsprechend Aufkommen nur fallweise
Anfragen (1 – 2 pro Jahr)
Recycling
Tudor Dobra
17
2025: 9.100/2.500 t & 2030: 14.400/8.300 tInkludiert: 3% Deutschland, 10% Italien, 15% Tschechien
Abschätzung zum Abfallaufkommen von PV-Modulen in Österreich
Elektro- und Elektronik-Altgeräte, Sammlung und Ausfuhr, Kalenderjahr 2017; Quelle: Tätigkeitsbericht 2017 -Elektroaltgerätekoordinierungsstelle
Recyclingpotential
Material Anteil [%] Gewicht [kg]Jährliches
Potential[t/a]
Glas 70 14 3.500
Aluminium 15 3 750
Backsheet 4 0,8 200
EVA 6 1,2 300
Silizium (Si) 3,5 0,7 175
Silber (Ag) 0,07 0,14 3,5
Kupfer (Cu) 0,5 0,1 25
Zinn (Sn) 0,05 0,01 2,5
Blei (Pb) 0,05 0,01 2,5Tudor Dobra
Hochgerechnet für eine Jahresanfall von 5.000 t
Alu-RahmenGlasWafer aus SiliziumKabel/Anschlußboxen
Verwertungsquote ab 15.08.2018 (Anhang 3, Tab. 3 der EAG-VO): 85 %
Recyclingpotential
Tudor Dobra
Recyclingoptions für PV-Module
IEA PVPS Task 12, Report “End of life management solar photovoltaic panels, “ http://iea-pvps.org/index.php?id=381
Nachhaltige PV Module
▪ Kennzahlen▪ CO2-Fußabdruck der PV-Module
▪ LCA (Lebenszyklusanalyse)
▪ Die gesamte Wertschöpfungskette wird abgedeckt –komplexe Methode
▪ Wie wird Nachhaltigkeit in PV Re² ermittelt?▪ Meilensteine beziehen sich auf die schichtweise Trennung für
das Recycling und eine verbesserte Reparaturfähigkeit
▪ Verringerter Einsatz/Substitution von Gefahrstoffen wird erfaßt
▪ Fokus auf Modulkomponenten oder die gesamte Wertschöpfungskette?
Rohstoff
Produktion
VertriebNutzung
und Re-use
Entsorgung / Recycling
„from cradle to grave“
Eine verbesserte Recyclingfähigkeit bedeutet nicht unbedingt eine Verringerung des CO2-Ausstoßes
Hauptziel: “Designkonzept unter Nutzung eines recyclingfreundlichen Aufbaus (lösbare Verbindungen, trennbare Laminate) und der Verwendung von nicht- bzw. minderschädlichen Substanzen die leichter wiederverwertet werden können”
Nachhaltige PV-Module
Component Approach Benefit
Encapsulation materials
Thermoplastic encapsulant film
▪ Increased recyclability▪ Increased repairability▪ Reduced of carbon footprint
Backsheet films Co-extruded polyolefin based backsheet
▪ Increased recyclability▪ Elimination of hazardous materials▪ Reduced of carbon footprint
Junction box and frame
Reversible or easily removable adhesives
▪ Increased recyclability▪ Increased repairability
Inter-connection
Low temperature, lead free ribbons
▪ Elimination of hazardous materials▪ Reduced of carbon footprint
Nachhaltige PV-Module
Nächste Schritte
❖ Entwicklung von lösbaren Klebstoffen
❖ Optimierung und Anpassung von Vergussmassenund Backsheets
❖ Prüfung der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit für nachhaltige PV-Modulmaterialien und –designs
− Prüfung auf Qualität und Zuverlässigkeit mit Fokus auf Materialverträglichkeiten
❖ Bewertung der Nachhaltigkeit
− Recyclingfähigkeit
− CO2-Fußabdruck & LCA
Encapsulation films
Backsheet films
Interconnection
Adhesives
Reparatur von PV-Modulen
Ziele
❖ Reparatur im Feld und/oder Austausch von defekten Teilen
− Beispiel Backsheet mit Rissen: Entwicklung von Schutzbeschichtungen, Pflastern oder Klebebänder
❖ Charakterisierung und Test von reparierten Modulen
❖ Bewertung der Reparaturlösungen im Hinblick auf die elektrische Betriebssicherheit und Stabilität
Zusammenfassung
→ Reduktion der Umweltbelastung bei der Stromerzeugung mittels PV!
❖ Umfassendes FE-Projekt, das Recyclingtechnik, Materialwissenschaften und Photovoltaik miteinander kombiniert
❖ Lückenschluß zwischen Reparatur, Recyclingfähigkeit, Wiederverwertung von Modulen/Komponenten sowie einem möglichen zukünftigen Produktionsprozeß
❖ Schaffung von Alleinstellungsmerkmalen für die österreichische / europäische PV-Produktion
❖ Auf Ökodesign optimierte, recyclingfreundliche Komponenten und Materialien unter Berücksichtigung des Verhältnissen von Kosten und Nutzen
❖ Erhöhung der Lebensdauer/Einsatzdauer von PV-Modulen durch innovative Reparaturprozesse
❖ Innovative neu Dienstleistungen für die Wartung und Instandhaltung von PV-Anlagen