Recyklace Křemíku: Výzvy a Možnosti

Minerály v elektronice představují klíčový pilíř moderního technologického pokroku. Bez těchto nerostných surovin by nebyla možná výroba počítačů, smartphonů, televizorů, polovodičů nebo solárních panelů. Křemen (SiO₂) je základní surovina pro výrobu polovodičů. Křemík získaný z křemene je základem integrovaných obvodů a mikroprocesorů. Vzhledem k rostoucí poptávce po elektronice a ekologickým výzvám je klíčové zaměřit se na udržitelnou těžbu, recyklaci a výzkum nových materiálů.

Problémy a Výzvy Recyklace Solárních Panelů

Solárních panelů ve skladech recyklačních společností přibývá. Problému čelí nejen Česká republika, ale i další evropské státy. Výrobní společnosti zpravidla tvrdí, že jejich solární panely jsou perfektně recyklovatelné, ale panely se recyklují přibližně z 90 %, jak požaduje legislativa - odstraní se masivní sklo a hliníkový rám, který konstrukci drží pohromadě. Zůstává ale menší vodivá část zvaná wafer zatavená v polymeru.

Od původního záměru separace jednotlivých kovů museli výzkumníci v průběhu tříletého výzkumu upustit. Spalování je kvůli použitým fluorovaným polymerům ekologická katastrofa. Polymer ze solárního panelu vložili do rozpouštědla a úspěšně vyextrahovali jednotlivé kovy. Proces byl však nejen pomalý, ale i drahý.

Alternativní Využití Kovů z Waferů

Dva typy odpadů z různých zdrojů zalisovali do hliníkových puků, které je možné používat ve slévárenské výrobě. Uvědomili jsme si, že všechny kovy obsažené ve waferech, se dají použít k vylepšení vlastností hliníkových slitin. Slévárenské firmy roztaví puky ve správném poměru s hliníkem a mohou vyrábět. Aktuálně se výzkumníci chtějí zabývat recyklačními technologiemi i pro další typy solárních panelů.

Nové solární panely sice už neobsahují stříbro, ale celou paletu jiných zajímavých prvků - například měď, indium, galium, selen, síru, zinek či kadmium.

Čtěte také: Jak recyklovat starý šicí stroj

Technologie Recyklace Křemíku

Existuje několik firem, které se recyklací zabývají. Pro panely zakoupené po roce 2013 zajišťuje jejich likvidaci výrobce panelů, obdobně jako u dalšího elektroodpadu. Provozovatelé velkých i malých solárních elektráren, uvedených do provozu do roku 2013 musí mít podle zákona o odpadech uzavřenou smlouvu s recyklační firmou, resp. s provozovatelem kolektivního systému likvidace.

Podle zákona také odvádí v letech 2014 až 2018 poplatek na recyklaci ve výši 8,50 Kč/kg, přičemž se počítá s hmotností panelů 0,11 kg/Wp, bez ohledu na to kolik panel skutečně váží. Jedna z metod recyklace je termická. Panely se v peci při teplotě přes 500 °C rozpadnou, plastové části shoří a zbylý materiál lze znovu použít při výrobě křemíku. Použitím recyklátu lze snížit energetickou náročnost výroby křemíku až o 70%. Výtěžnost je až 85% polovodičových prvků. Termické likvidaci obvykle předchází mechanická demontáž hliníkového rámu a dalších částí (kabely aj.). Tato metoda je určena zejména pro panely z krystalického křemíku.

Dále se používá mechanicko - chemická metoda, kdy se panely (bez demontovaných rámů) rozdrtí a z drtě se chemickými procesy získají kovy a křemík. Metoda se hodí spíše pro tenkovstvé panely (z amorfního křemíku). Ještě důležitější je recyklace u kadmium-telurových (Cd-Te) fotovoltaických panelů, protože tyto kovy jsou pro životní prostředí velkou zátěží. Lze očekávat, že s přibývajícím počtem vyřazovaných fotovoltaických panelů se bude rozšiřovat i nabídka recyklačních metod.

V současnosti existuje celoevropský recyklační systém PV-Cycle, jehož členové (výrobci, dovozci, zpracovatelé odpadů i výzkumné organizace) zajišťují recyklaci více než 90 % všech fotovoltaických panelů prodaných v Evropě. V ČR je odhadem instalováno přes 200 tis. tun fotovoltaických panelů.

Německý Přístup k Recyklaci Křemíku

Německo zažilo největší boom solární energetiky mezi lety 2009-2011. Což znamená, že zhruba kolem roku 2029 by se ve skladištích tamních recyklačních dvorů začaly hromadit stovky tisíc tun solárních panelů. Hmotnost všech momentálně instalovaných solárních panelů v Německu se blíží 5 milionům tun. Tento údaj, názorně dokládající narůstající popularitu OZE, současně demonstruje váhu problému, s nímž se v dohledné době budou potýkat specializovaná recyklační zařízení.

Čtěte také: Zodpovědný přístup k recyklaci kávových kapslí

Současná německá instalovaná kapacita solárních panelů, oněch 5 milionů tun fotovoltaiky, tak mimo jiné znamená i 150 000 jakostního křemíku, který by přišel po skončení životnosti solárních panelů vniveč. A právě to nyní inženýři Fraunhoferova institutu mění.

Nová Metoda Recyklace Křemíku od Fraunhoferova Institutu

Inženýři Fraunhoferova institutu ve spolupráci s recyklační společností proto vyvinuli metodu, která komplexně řeší materiálovou návratnost. První velký přínos německých inženýrů tkví hlavně v tom, že přišli s metodou recyklace křemíku škálovatelnou na reálná měřítka průmyslové recyklace. „Výhodou námi vyvinutého přístupu je to, že je užitečný a cenově dostupný i v kapacitním provozu a je již plně ozkoušený.“

Jimi navržené procesní zpracování umožňuje recyklaci všech typů krystalických křemíkových modulů, bez ohledu na jejich typ konstrukce, původ, výrobce. Její princip tkví v separaci fragmentů solárních článků, oddělených během mechanického drcení. Následuje třístupňové chemické „mokré“ čištění, při němž jsou například odstraňovány stopy povrchových filmů. Takto ošetřený křemík je pak zpracováván do podoby ingotů (buď monokrystalické nebo kvazi-monokrystalické), z nichž se pak „krájí“ plátky (salámky, wafers). Které je možné znovu využít při výrobě dalších solárních panelů.

Inženýři Fraunhoferova institutu nezůstali stát u teorie, a skutečně z tohoto recyklátu nové PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) solární články vytvořili. Jejich konverzní efektivita během zkoušek dosahovala 19,7 %. Materiál, získaný recyklací, tedy potvrdil svou hodnotu. Stal se opět surovinou.

Domácí Recyklace Kovů

Diskuse se zaměřuje na domácí recyklaci kovů, zejména tavení olova, hliníku a mosazi. Uživatelé sdílejí zkušenosti s různými metodami, jako je indukční a odporový ohřev, a řeší technické detaily tavení kovů v domácích podmínkách. Například, hliník se taví při teplotě kolem 700°C. Mosaz je už jiná , taví se při +/- 960°C. Zatím odlévám cyhličky , a třeba časem z toho bude odlito něco hodnotnějšího.

Čtěte také: Výzvy v recyklaci tvrzených plastů

Získávání Zlata z Mikroprocesorů

Někteří uživatelé se zajímají o získávání zlata ze starých mikroprocesorů Intel/AMD 80486, které by měly mít v sobě cca 0,2g zlata, a Pentií 60 a Pentia Pro, kde dokonce byl až 1g.

Budoucnost Recyklace

Lze očekávat, že s přibývajícím počtem vyřazovaných fotovoltaických panelů se bude rozšiřovat i nabídka recyklačních metod. Je třeba zohlednit množství zachycených nečistot i při navrhování. Shrabky činí (při sušině asi 25 %) 4-8 l /EO·den. Zkušenosti ukazují, že při použití jemného síta se štěrbinami se dosahuje obdobných výsledků. Při použití jemného síta s oky a otvory může být zachycené množství až 5x větší.

Budoucnost: z pohledu energetické úspornosti by se teoreticky měly upřednostnit anaerobní procesy, což určitě bude v budoucnu jedna z cest, zatím je jejich nevýhodou nižší úroveň čištění. S lepší schopností pracovat více s tepelnou energií, případně dalšími novými procesy (anaerobní membránové procesy, deamonifikace) význam anaerobie poroste.

Po létech tučných, kdy se rekonstruovaly čistírny spíše extenzivním způsobem, neboť náklady byly hrazeny z veřejných prostředků, se očekává, že další kroky povedou spíše cestou intenzifikace. V stávajících objemech s co nejúspornějšími technologiemi se budou řešit jak požadavky na zvýšení kapacity, tak i požadavky na přísnější odtokové parametry.

V budoucnu se předpokládá, že další intenzifikace čistíren odpadních vod budou muset být řešeny s co nejmenšími prostorovými a energetickými nároky. Na významu nabude jak odstranění nutrientů, tak i otázka energií - co nejvíce ušetřit, případně i co nejvíce energie vyprodukovat.

S ohledem na výše uvedené by na významu měly získat technologie umožňující zachycení co nejmenších částic organických látek. Je již celá řada zařízení specializujících se na odstranění co nejmenších frakcí nerozpuštěných látek.

Tabulky a Data

Tab. 1 a obr. Tab. Obr. Pro navrhování je důležitý podíl otvorů. Zde většinou vycházejí lépe oka než otvory. Důležitý je pak i způsob čištění a potřeba např. vody nebo vzduchu na ostřik a čištění. Vzhledem k vývoji předčištění je třeba zohlednit množství zachycených nečistot i při navrhování.

V Německu bylo dále provedeno dlouhodobé sledování na asi 20 ČOV s různými způsoby filtrace na sítech - vliv na odstranění má jak geometrie otvorů (tab. Tab. Tab.). Pokus proběhl na ČOV Nordkanal/Karst. Předčištění před oběma štěrbinami bylo identické (česle s průlinami 5 mm a lapák písku a tuků).

tags: #recyklace #křemíku #wikipedia

Oblíbené příspěvky:

• Vliv invazních druhů
• Tipy pro výběr kočárku do terénu
• Domácí vermikompostování: Průvodce pro začátečníky
• Rozměry a materiály venkovních košů
• Dopad světelného znečištění na přírodu