Tegen 2050 zou er wereldwijd 80 miljoen ton fotovoltaïsche zonne-energie (PV) aan het einde van hun levensduur kunnen zijn, waarvan 10 miljoen ton alleen al in de Verenigde Staten - of het gewicht van 30 Empire State Buildings.
Om de waarde van zonne-PV-materialen te maximaliseren en afval te minimaliseren, is er een groeiende belangstelling voor duurzame opties voor PV aan het einde van de levensduur en het opzetten van een circulaire economie voor energiematerialen. Het meeste onderzoek tot nu toe heeft zich gericht op hoe PV-materialen technisch en economisch kunnen worden gerecycled of hergebruikt, maar houdt geen rekening met hoe sociaal gedrag hierin meespeelt. Door rekening te houden met het bewustzijn en het gedrag van de consument, kunnen consumenten een deel van de oplossing worden en de invoering van een circulaire economie helpen versnellen benaderingen.
"Het bewustzijn en de houding van de consument zijn een belangrijk stukje van de puzzel waarmee rekening moet worden gehouden bij onderzoek en oplossingen voor de circulaire economie van zonne-energie", zegt Julien Walzberg, hoofdauteur van een nieuw artikel met de titel "De rol van sociale factoren in het succes van fotovoltaïsche hergebruik- en recyclingprogramma's voor zonne-energie" in Nature Energie. "Een oplossing is misschien technisch haalbaar, maar als er geen prikkel is voor consumenten om het te doen, zal het niet werken."
Voor de eerste keer pasten analisten van Walzberg en National Renewable Energy Laboratory (NREL) agentgebaseerde modellering toe op het beheer van PV aan het einde van hun levensduur om te begrijpen hoe mensen beslissingen nemen over het recyclen of hergebruiken van PV-modules. potentieel voor strategieën voor de circulaire economie om succesvol te zijn. Zoals besproken in a vervolg Nature Energie dit artikel, laat de NREL-analyse zien hoe belangrijk het is om rekening te houden met de invloed van leeftijdsgenoten en de houding ten opzichte van recycling om de werkelijke situatie weer te geven en strategieën voor de circulaire economie te versnellen. De auteurs van het begeleidende artikel — waaronder professor Martin Green van de Universiteit van New South Wales, ontvanger van de Alternative Nobelprijs in 2002 en de Global Energy Prize in 2018 — roepen op om bij al het toekomstige onderzoek naar strategieën voor de circulaire economie rekening te houden met sociale factoren zoals Walzberg voor het eerst gedemonstreerd.
Agent-gebaseerde modellering van PV End-of-Life Management
Modellering op basis van agenten vertegenwoordigt een groep klanten als 'agenten' of onafhankelijke besluitvormende entiteiten die zijn getraind op basis van gegevens om beslissingen te simuleren die zijn genomen namens de mensen die ze vertegenwoordigen.
In het onderzoek van NREL werden vier agenten gemodelleerd: PV-eigenaren, installateurs, recyclers en fabrikanten. Agenten kiezen ervoor om een verouderde PV-module te repareren, hergebruiken, recyclen, storten of opslaan in verschillende scenario's, zoals variërende recyclingkosten of beleid.
Op basis van beslissingen van agenten berekent het model de vermeden PV-massa op stortplaatsen en de kosten voor de samenleving, zoals kosten voor fabrikanten of netto-inkomsten voor recyclers en installateurs. Het model houdt ook rekening met het leereffect voor het recyclen van modules, of de daling van de recyclingkosten door grotere volumes en technologische vooruitgang.
De omstandigheden van vandaag moedigen PV-recycling niet aan
In het basisscenario dat de huidige omstandigheden weerspiegelt, wordt aangenomen dat tegen 500 2050 gigawatt aan PV in de VS zal zijn geïnstalleerd (vergeleken met 104 gigawatt in 2020), wat 9.1 miljoen ton PV-afval genereert. Op basis van de beperkte informatie die vandaag openbaar beschikbaar is, hebben de auteurs de gemiddelde recyclingkosten gemodelleerd van $ 28 per module, reparatie voor $ 65 per module en storten op $ 1.38 per module, waarbij gebruikte modules worden verkocht tegen 36% van de nieuwe moduleprijzen.
Van 2020 tot 2050 wordt in de gemodelleerde nulsituatie ongeveer 80% van de modules gestort, 1% hergebruikt en 10% gerecycled. Met het huidige materiaalterugwinningspercentage bedraagt de gerecycleerde massa slechts 0.7 miljoen ton tot 2050, of ongeveer 8%.
"Met de huidige technologie zijn PV-modules moeilijk te scheiden, en het proces herstelt voornamelijk materialen van lage waarde", zei Walzberg. “Hierdoor zijn er op dit moment te weinig opbrengsten uit recycling om de hoge kosten te compenseren en wordt er dus weinig massa gerecycled. Ons model laat zien dat dit in 2050 tot een groot afvalprobleem kan leiden.”
Lagere recyclingkosten verhogen recyclingpercentage
Zoals gemodelleerd, leiden lagere recyclingkosten tot meer gerecyclede PV-modules. Recyclingkosten van $ 18 per module ($ 10 minder dan het huidige tarief) zouden bijvoorbeeld het recyclingpercentage in 36 met 2050% kunnen verhogen.
Maar zelfs als de recyclingkosten nog relatief hoog zijn, kan maatschappelijke invloed het recyclingpercentage verhogen. Wanneer PV-eigenaren andere PV-eigenaren kennen die recyclen en er is een algemene positieve houding ten opzichte van recycling, dan stijgt het percentage. Dit geeft aan dat early adopters kunnen helpen de trend te zetten die anderen kunnen volgen.
"De hobbel in recycling door sociale invloed laat zien dat het aannemen van een sociaal perspectief belangrijk is om een hogere materiaalterugwinning volledig te realiseren en te bereiken", zei Walzberg.
Een ander scenario in de studie verkende de mogelijke impact van een subsidie op de recyclingpercentages. Simulaties toonden aan dat het substantieel verlagen van de recyclingkosten door middel van subsidies recycling zou kunnen aanmoedigen en tot een opwaartse spiraal zou kunnen leiden door het gerecyclede volume te vergroten, de kosten voor latere gebruikers te verlagen en het recyclingvolume verder te vergroten.
Hogere materiaalterugwinning en economische winst
De huidige mechanische recyclingprocessen voor PV-modules herwinnen doorgaans materialen van mindere kwaliteit die minder waardevol zijn. Opkomende recyclingprocessen met hoge terugwinning winnen waardevollere materialen zoals zilver, koper en silicium die opnieuw kunnen worden gebruikt.
In scenario's met het hoge-terugwinningsproces stijgt het cumulatieve netto-inkomen van de recycler met $ 1.3 miljard in 2050. Tel daarbij hogere recyclingpercentages of lagere recyclingkosten op en de waarde van gerecyclede PV-modules neemt verder toe.
Hergebruik kan helpen bij het tot stand brengen van een circulaire economie voor PV
Het hergebruik van PV-modules is veelbelovend als een circulaire economiebenadering. Wanneer PV-modules langere garanties hebben en mensen nieuwe en gebruikte modules als even waardevol beschouwen, stijgt het hergebruikpercentage van 1% naar 23% in 2050. Omdat het hergebruiktraject concurreert met recycling, daalt het recyclingpercentage tot onder de 1% in XNUMX. dat scenario. Het totale vermijdingspercentage van stortplaatsen neemt echter nog steeds toe. Bovendien, zelfs als bijna alle beperkingen op het hergebruik van PV zijn opgeheven, kan het aanbod van hergebruikte modules slechts aan een derde van de groeiende vraag naar PV voldoen.
"Hoewel het mogelijk is om een PV-module opnieuw te gebruiken, heeft deze de tweede keer niet dezelfde energie-efficiëntie en levensverwachting, dus er zijn beperkingen om te focussen op hergebruik als de belangrijkste strategie voor de circulaire economie van PV", aldus Walzberg. “Hergebruik- en recyclingstrategieën kunnen in overleg worden ontwikkeld. Inzicht in dit samenspel is belangrijk om te komen tot oplossingen die storten vermijden en tegelijkertijd de opwekking van hernieuwbare energie maximaliseren.”
Lees meer over NREL's energie analyse onderzoek.
Artikel met dank aan NREL.
Waardeer je de originaliteit van CleanTechnica? Overweeg om een CleanTechnica-lid, ondersteuner, technicus of ambassadeur - of een beschermheer op Patreon.
PlatoAi. Web3 opnieuw uitgevonden. Gegevensintelligentie versterkt.
Klik hier om toegang te krijgen.
