А як щодо всіх відходів?

Рейчел А. Майдл, Матільда ​​Саада

У зв’язку з тиском зміни клімату та невідкладним використанням альтернативних енергетичних ресурсів, таких як вітер та сонце, зацикленість на передбачуваних перевагах технологій перехідної енергії затьмарює кричущу реальність — відсутність стратегії щодо визначення та кількісної оцінки інших зовнішніх факторів життєвого циклу, таких як відходи. утилізації або впливу на навколишнє середовище.

Енергетична промисловість, уряди та суспільство ще мають повністю зрозуміти кількість відходів, що надходять, і довгострокові наслідки, пов’язані з виходом із експлуатації сонячних фотоелементів. Якщо стабільне та циркулярне майбутнє є кращим шляхом вперед, необхідне контрольоване керування панелями, які закінчилися терміном служби, у дозволених установах для переробки, обробки та утилізації.

Що поставлено на карту: сонячні відходи

Очікується, що сукупний обсяг сонячних відходів у всьому світі досягне приблизно 78 мільйонів тонн до 2050 року. Однак багато з цих прогнозів передбачають повний термін служби панелей у 25-30 років і не враховують ранню заміну, швидке старіння та повсюдне передчасне виведення з експлуатації, викликане сонячною діяльністю. податкові пільги, ставки компенсації, ціна на установку, суворі погодні явища та роль Китаю, які в кінцевому підсумку можуть підвищити ці цифри. Окрім привабливих податкових субсидій, які призвели до масового та безпрецедентного зростання сонячної енергії, ефективність перетворення панелей покращувалася з кожним роком завдяки інноваціям виробництва в Китаї, який домінує та контролює сонячний ринок. У США сонячна батарея була продемонстрована як важливе рішення для боротьби зі зміною клімату, приваблива інвестиція для компаній та інвесторів, яка відповідає їхнім екологічним соціальним цілям та цілям управління, а також створює робочі місця. 

Але зростаючі обсяги відходів суперечать циркулярній економіці та становлять загрозу глобальним і національним цілям сталого розвитку. 

Розтин сонячної фотоелектричної (ФЕ) панелі та розуміння її анатомії виявляє високоінтегровану систему, яка робить демонтаж та переробку дорогим, складним та енергоємним і ресурсомістким процесом. До складу панелі входять алюміній, скло, складні пластмаси та різноманітні метали, включаючи кадмій, хром, свинець, селен і срібло, серед інших, які, не оброблені та не оброблені, можуть забруднювати ґрунти та вимиватися в системи підземних вод. Через наявність важких металів та інших компонентів, які перевищують нормативні пороги токсичності, панелі, що закінчилися терміном експлуатації, можуть бути класифіковані як небезпечні відходи, що регулюються федеральним законодавством відповідно до Закону про збереження та відновлення ресурсів, статуту, що регулює поводження з небезпечними відходами. Ця класифікація надає сонячні батареї повному спектру правил щодо небезпечних відходів Агентства з охорони навколишнього середовища США та передбачає низку суворих нормативних зобов’язань, які роблять його дорогим і обтяжливим щодо класифікації, зберігання, обробки та транспортування панелей для переробки або утилізації відповідно до чинного законодавства.

Питання завершення життєвого циклу відображає відсутність економічно життєздатних та стійких варіантів закінчення терміну служби, переважаючими методами є звалище, спалювання або «пожертва» (добровільна переробка) на вторинні ринки, які перекладають тягар управління відходами на розвиток. економіки. 

Складність процесу сонячної переробки

Переробка сонячних фотоелементів дуже складна і може бути енергоємним і ресурсомістким процесом, який створює власні відходи та викиди (Малюнок 1). Технології переробки відходів, особливо в США, все ще зароджуються, і їх вартість є непомірною, що обмежує кінцеві варіанти утилізації сміттєзвалищами, спалюванням та експортом — найдешевшими шляхами з великим відривом. Через позначення «небезпечних відходів», чинні правила вимагають, щоб відходи сонячних панелей оброблялися кваліфікованими транспортниками та в дозволених установах для обробки, зберігання, утилізації та переробки. З огляду на прогнозовані обсяги сонячних відходів, залишається невизначеним, чи достатні існуючі небезпечні відходи та об’єкти для переробки, щоб керувати припливом панелей, враховуючи тривалі терміни надання дозволів на розміщення, будівництво та масштабування об’єктів переробки в США. 

Ці складні регуляторні перешкоди, а також прямі витрати на переробку спонукають до залишення, незаконного скидання та накопичення відходів сонячних панелей, у той час як з’являються більш доступні варіанти. Хоча точні цифри важко отримати через неправильну класифікацію панелей як електронні відходи (електронні відходи) або інші матеріали, відсутність механізмів відстеження та прозорості даних, за оцінками, приблизно 10% сонячних панелей переробляється в США, і це незрозуміло, чи ця цифра означає повну чи часткову переробку.

Хоча індустрія переробки сонячної енергії стикається з проблемами недостатніх витрат, високих операційних витрат і низької рентабельності через малу концентрацію цінних матеріалів, існує потенціал для сильного ринку переробки сонячної енергії, якби існувала інфраструктура та співробітництво в ланцюжку поставок для збору, обробки та продажу різноманітні компоненти. Однак наразі жодна з цих домовленостей не діє. Необхідно розробити нові циркулярні бізнес-моделі та створити вторинні ринки на основі переробленого, повторно використаного та відновленого кремнію, металів та матеріалів для панелей другого терміну служби та інших додатків, які формалізують ланцюги повторного використання, ремонту та відновлення вартості в індустрії сонячної фотоелектричної енергії. 

Джерело: зібрано з різних джерел Рейчел Майдл і Матільда ​​Саада.

Майбутні моделі регулювання в США

Національної системи для сонячних відходів після закінчення терміну служби в США не існує, але, слідуючи прикладу Каліфорнії, EPA в даний час зважує, чи слід регулювати панелі після закінчення терміну служби як «універсальні відходи», категорію небезпечних відходів з упорядкованою нормативно-правові акти, спрямовані на зменшення навантаження на управління та полегшення збирання та переробки. Каліфорнія є першим штатом, який регулює відпрацьовані сонячні панелі як універсальні відходи, і їхній нещодавній закон може послужити моделлю для майбутнього розвитку національної системи переробки сонячних відходів і планом для інших штатів. Гаваї, Північна Кароліна та Род-Айленд також розглядають правила керування сонячними панелями, щоб стимулювати переробку. Ця структура є не лише першорядною для країн ОЕСР, але й критично важливою для країн, що розвиваються, які відчувають безпрецедентний ріст сонячної енергії (наприклад, Китай та Індія), оскільки в цих регіонах світу відсутні офіційні мережі утилізації відходів, інфраструктура для переробки та правила. . Оскільки з’являється індустрія переробки сонячної енергії та на ринок виходять численні гравці, однією з найбільших проблем буде розподіл відповідальності за величезну кількість накопичених сиріт. 

Управління на системному рівні для циркулярної економіки

Переробка — або правильна утилізація небезпечних матеріалів, якщо переробка неможлива — справді є важливою складовою циркулярної економіки. Однак, перш за все, нам потрібні відповідні нормативні акти, які стимулюватимуть збирання та належне поводження з сонячними відходами після закінчення терміну служби. Це може допомогти наростити потужність переробки сонячної енергії, тоді як промисловість і вторинні ринки розширюються як частина комплексної інфраструктури, що закінчується терміном експлуатації. Інвестиційні стимули також слід розглядати в наборі рішень для заохочення розвитку індустрії переробки сонячної енергії. 

У поспіху декарбонізації та електрифікації нашого суспільства часто не звертають уваги на управління відходами. Існують можливості для розробки методологій з належним обсягом, які враховують вплив на життєвий цикл у всіх ланцюгах поставок факторів сонячних установок, які зазвичай ігноруються, таких як використання землі, втрата біорізноманіття, екологічна справедливість, управління водними ресурсами та глобальний транспорт. Крім того, такі технології, як блокчейн, можуть дати великий поштовх для прозорого, підзвітного управління панелями, які закінчилися терміном служби. Дуже важливо, щоб ми планували, готували та проектували енергетичні системи для повторного використання, відновлення, переробки та переробки в даний час, інакше ми ризикуємо створити новий екологічний, соціальний та економічний тягар у майбутньому.

Рейчел А. Майдл, LP.D., CHMM, є науковим співробітником з енергетики та навколишнього середовища в Інституті Бейкера-Центр енергетичних досліджень Університету Райса. Раніше вона була призначена заступником помічника адміністратора Управління з безпеки трубопроводів і небезпечних матеріалів, агентства Міністерства транспорту США. 

Матільда ​​Саада є асистентом-дослідником у Центрі енергетичних досліджень Інституту Бейкера Університету Райса та студентом магістра з глобальних питань Університету Райса.