在威尼斯工業(yè)區(qū)的一個(gè)集裝箱內(nèi)，意大利初創(chuàng)公司9-Tech正在嘗試解決一個(gè)迫在眉睫的全球性問(wèn)題：如何負(fù)責(zé)任地回收5400萬(wàn)至1.6億噸太陽(yáng)能組件，這些組件預(yù)計(jì)將在2050年達(dá)到其生產(chǎn)壽命。回收這些材料不會(huì)容易。太陽(yáng)能面板被設(shè)計(jì)用來(lái)在地球上的任何環(huán)境中持續(xù)20到30年，即使在陽(yáng)光下放置了三十年，硬件也很難拆卸。事實(shí)上，大多數(shù)回收設(shè)施都會(huì)丟棄硅、銀和銅——舊太陽(yáng)能電池板中最有價(jià)值但最難獲得的材料——只回收鋁框架和玻璃板。

LUIGI AVANTAGGIATO

隨著世界越來(lái)越多地部署太陽(yáng)能，對(duì)回收的需求只會(huì)增加。全球已經(jīng)部署了超過(guò)1.2太瓦的太陽(yáng)能發(fā)電。根據(jù)美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）研究人員的文獻(xiàn)分析，太陽(yáng)能電池板目前以每年超過(guò)400吉瓦的速度分布，預(yù)計(jì)到2030年，這一速度將增加到每年3太瓦。

為了阻止堆積如山的光伏垃圾堆積，研究人員正在尋求更好的回收方法。迄今為止提出的最先進(jìn)的方法可以回收晶體硅光伏組件中至少90%的銅、銀、硅、玻璃和鋁。但這些過(guò)程成本高昂，而且通常涉及有毒化學(xué)品。NREL首席環(huán)境工程師Garvin Heath表示，沒(méi)有一種回收方法被證明像垃圾填埋場(chǎng)那樣便宜，而且很少有工業(yè)規(guī)模的回收方法。Garvin Heath管理著一個(gè)由國(guó)際能源機(jī)構(gòu)指派的國(guó)際專(zhuān)家小組，分析光伏的可持續(xù)性。

9-Tech的創(chuàng)始人說(shuō)他們有更好的方法。他們的過(guò)程是一個(gè)嘈雜的過(guò)程，涉及燃燒爐、超聲波浴和機(jī)械分揀，其振動(dòng)會(huì)震動(dòng)一個(gè)普通貨運(yùn)集裝箱的地板，他們已經(jīng)在那里測(cè)試了近兩年的操作。該公司不使用有毒化學(xué)品，不向環(huán)境中釋放污染物，并回收太陽(yáng)能電池板中高達(dá)90%的材料，9-Tech首席技術(shù)官Francesco Miserocchi說(shuō)。

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如何回收太陽(yáng)能電池板

該公司將其工藝定制為晶體硅太陽(yáng)能電池板，該電池板占全球光伏市場(chǎng)的97%。這些面板通常由摻雜硼和磷的硅晶片陣列組成，頂部涂有氮化硅的抗反射涂層。銀導(dǎo)體絲網(wǎng)印刷在晶圓表面，銅導(dǎo)體以網(wǎng)格圖案焊接到陣列上。為了保護(hù)材料免受潮濕和損壞，制造商將整個(gè)陣列層壓在粘合劑聚合物中，通常是乙烯-醋酸乙烯酯。然后，他們將夾層陣列包裹在鋼化玻璃板中，用鋁框住整個(gè)東西，密封邊緣，并在背面連接一個(gè)接線盒。

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當(dāng)需要回收面板時(shí)，最具挑戰(zhàn)性的步驟之一是去除粘附在所有物體上的聚合物?！斑@不僅僅是邊緣或幾個(gè)膠水點(diǎn)。它是整個(gè)聚合物表面（幾平方英尺），”Heath 說(shuō)。聚合物可以被燒掉，但這會(huì)釋放出一氧化碳、氫氟酸和其他有害污染物。分離銀導(dǎo)體也被證明是具有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)樗鼈儽煌吭诤鼙〉囊粚印蠹s10到20微米——牢固地附著在硅上。去除它們通常涉及有毒試劑，例如氫氟酸、硝酸或氫氧化鈉。

9-Tech的團(tuán)隊(duì)通過(guò)兩種方式應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。他們使用超聲波而不是有毒化學(xué)物質(zhì)回收銀，盡管他們?nèi)紵酆衔铮麄儾东@了排放的污染物。

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該公司中試工廠的流程始于工人手動(dòng)拆除鋁框架、接線盒和鋼化玻璃。這組成了由聚合物、硅片和金屬導(dǎo)體構(gòu)成的三明治結(jié)構(gòu)。沒(méi)有框架或玻璃，三明治層會(huì)彎曲，將脆弱的硅粉碎成小塊。工人們敲開(kāi)鋼化玻璃，然后將所有材料送入連續(xù)燃燒爐，這些材料大多由于聚合物而仍然存在。加熱到400°C以上，聚合物蒸發(fā)，過(guò)濾器捕獲污染物。該系統(tǒng)還可以從爐子中捕獲熱量并重復(fù)利用以提高能源效率。

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當(dāng)剩余的材料離開(kāi)熔爐時(shí)，輥?zhàn)訒?huì)機(jī)械地把銅剝離出來(lái)。一系列篩子根據(jù)厚度對(duì)破碎的玻璃和硅碎片進(jìn)行分類(lèi)。硅片仍然鑲有銀，它們被浸泡在有機(jī)酸的水浴中，用超聲波處理以松開(kāi)元素之間的鍵。超聲波的工作原理是將聲波傳播到酸浴中，從而產(chǎn)生交替的高壓和低壓循環(huán)。9-Tech的首席執(zhí)行官Pietrogiovanni Cerchier解釋說(shuō)，如果波足夠強(qiáng)烈，它們就會(huì)產(chǎn)生空化氣泡，與材料機(jī)械地相互作用，導(dǎo)致銀從硅中脫落。

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最后，工作人員用網(wǎng)狀網(wǎng)從超聲波浴中取出硅碎片。這會(huì)在溶液中留下細(xì)小的銀粉，可以通過(guò)過(guò)濾或離心機(jī)回收?？偠灾珻erchier說(shuō)，9-Tech的試驗(yàn)工廠可以從光伏組件中回收90%的銀、95%的硅以及99%或更多的銅、鋁和玻璃。此外，這種材料被認(rèn)為是高度純凈的，這增加了它可以重復(fù)使用的應(yīng)用類(lèi)型。

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這家初創(chuàng)公司的回收過(guò)程比僅回收鋁和玻璃的現(xiàn)有方法更昂貴。但是，高純度硅、銀和銅的提取應(yīng)該可以抵消額外的成本，Miserocchi說(shuō)。此外，它比挖掘原始元素更有效。他說(shuō)，你可以從一噸太陽(yáng)能電池板中提取大約500克銀，但從一噸礦石中只能提取165克銀?！肮夥姵匕逶谄涫褂脡勖Y(jié)束時(shí)仍然有很多東西可以提供，”Miserocchi說(shuō)，“它可以被認(rèn)為是一個(gè)珍貴元素的小礦山?！?/p>

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數(shù)十種回收光伏電池板的新方法

9-Tech團(tuán)隊(duì)將在未來(lái)18個(gè)月內(nèi)建造一個(gè)更大的示范設(shè)施后，更多地了解其方法的盈利能力。該工廠將與集裝箱位于威尼斯的同一工業(yè)區(qū)，每天將能夠處理多達(dá)800個(gè)太陽(yáng)能組件。他們的試驗(yàn)工廠每天只處理大約七個(gè)模塊。

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該公司的方法是正在開(kāi)發(fā)的晶體硅光伏電池板的眾多回收方法之一。今年4月發(fā)表在《清潔生產(chǎn)雜志》上的一篇綜合綜述指出，全球還有數(shù)十種其他努力，包括熱、化學(xué)、機(jī)械和光學(xué)方法。最常見(jiàn)的方法是將硅、金屬和聚合物層研磨成小塊，按密度將它們分離，然后通過(guò)熱或化學(xué)過(guò)程回收硅和金屬。其他工藝包括激光照射、高壓脈沖、光學(xué)分選、熱解、化學(xué)溶劑、蝕刻和用熱刀分層。

推動(dòng)這一創(chuàng)新的部分原因是歐盟在2012年通過(guò)的法規(guī)。該規(guī)則要求歐盟的所有光伏電池板制造商開(kāi)展回收或回收計(jì)劃，或與其他回收計(jì)劃合作。因此，擁有歐洲最多太陽(yáng)能發(fā)電容量的德國(guó)擁有世界上最大的光伏回收系統(tǒng)之一。

但回收是一項(xiàng)大批量業(yè)務(wù)，除了摧毀太陽(yáng)能發(fā)電站的災(zāi)難性天氣事件外，廢舊太陽(yáng)能組件以相對(duì)涓涓細(xì)流的方式到達(dá)回收商手中。此外，還有一個(gè)挑戰(zhàn)，即在回收材料后為它們尋找第二次生命——供應(yīng)鏈尚未得到很好的發(fā)展。

First Solar是一家總部位于亞利桑那州坦佩的全球光伏制造商，通過(guò)在五個(gè)國(guó)家/地區(qū)建立七家工廠的內(nèi)部回收計(jì)劃，大規(guī)模解決了這兩個(gè)問(wèn)題。該公司生產(chǎn)碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池板，買(mǎi)家可以購(gòu)買(mǎi)，并內(nèi)置回收價(jià)格。在電池板使用壽命結(jié)束時(shí)，買(mǎi)家將它們送回First Solar進(jìn)行回收，制成新產(chǎn)品。據(jù)該公司稱(chēng)，這種半導(dǎo)體材料可以回收多達(dá)41次，使用壽命超過(guò)1200年。但這種玻璃的純度不足以在太陽(yáng)能組件中重復(fù)使用，因此該公司計(jì)劃將其供應(yīng)給浮法玻璃制造商，用于門(mén)窗。

回收利用的挑戰(zhàn)激發(fā)了研究人員重新思考晶體太陽(yáng)能電池板的制造方式。例如，一些制造商正試圖減少或消除難以回收的銀，用其他導(dǎo)電金屬代替它。NREL的一個(gè)團(tuán)隊(duì)在2月份展示了一種通過(guò)激光焊接玻璃板來(lái)消除光伏電池板中聚合物的方法，這可能會(huì)更好地密封水分。該技術(shù)可能適用于鈣鈦礦太陽(yáng)能組件，這是一種特別容易受到潮濕和腐蝕的有前途的技術(shù)。

“回收不應(yīng)該是唯一的策略，”Heath說(shuō)。他說(shuō)，在訴諸回收之前，人們應(yīng)該考慮其他方法來(lái)修復(fù)或重復(fù)使用太陽(yáng)能電池板以延長(zhǎng)使用壽命。

審核編輯：彭菁