Modulrecycling

Im Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP wird das Know-how zweier Fraunhofer-Institute gebündelt: Das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS bringt seine Expertise auf dem Gebiet der Optimierung und Bewertung von Silizium-Prozesstechnologien und Modulintegration mit ein. Das Fraunhofer ISE als größtes Solarforschungsinstitut Europas kann hier mit seinen Kompetenzen in der Solarzellen- und Modulentwicklung, in der Charakterisierung sowie auch im Bereich des Recyclings aufwarten.

PV-Module sind gemäß der »Waste of Electrical and Electronic Equipment«-Richtlinie (WEEE-Richtlinie 2012/19/EU) als Elektroschrott eingestuft. Sie müssen daher recycelt werden (Sammelquote 85 %, Rückgewinnungsquote 80 %). In Deutschland sind aktuell mehr als 60 GWp PV-Leistung installiert. Dies entspricht einer Menge von über 5 Mio. t Solarmodulen. In diesen Modulen ist eine Vielzahl an wertvollen Materialien verbaut, die zurückgewonnen werden können. In den aktuell in Deutschland installierten PV-Modulen sind zusammen über 3,5 Mio. t hochtransparentes eisenarmes Flachglas, 600.000 t Aluminium (aus den Rahmen), 150.000 t Silizium, 25.000 t Kupfer und 1.800 t Silber enthalten. Der Gesamtwert der enthaltenen Rohstoffe liegt bei über 4 Mrd. €. Am Fraunhofer CSP haben wir Recyclingverfahren zur Rückgewinnung aller anorganischer Bestandteile von Solarmodulen entwickelt. Aus dem zurückgewonnenen Silizium können neue Kristalle aus 100 % Recyclingsilizium hergestellt, zu Wafern verarbeitet und anschließend zu neuen PERC-Solarzellen prozessiert werden. Durch die Rückgewinnung dieser Materialien leisten wir einen Beitrag zur Verbesserung der Nachhaltigkeit der Solarstromerzeugung und zur Sicherung der Rohstoffversorgung. Wir verfügen am Fraunhofer CSP über eine umfangreiche Ausstattung an Analysengeräten, um die Reinheit der rückgewonnenen Sekundärrohstoffe zu ermitteln.

Unsere FuE-Aktivitäten zum Thema »Modulreycling« umfassen:

• Prozessentwicklung von Recyclingverfahren
• Nasschemisches Ätzen
• Untersuchung von Fremdatomgehalten in Silizium mittels Glimmentladungsmassenspektrometrie (GDMS)

Wir entwickeln und optimieren Recyclingverfahren. Angefangen beim mechanischen Aufschluss über die Klassierung hin zur Sortierung. Uns steht dazu eine umfangreiche Geräteausstattung zur Verfügung in den folgenden Bereichen zur Verfügung:

• Zerkleinerungstechnik:
  • Einwellenzerkleinerer
  • Schneidmühle 
  • Kugelmühle
  • Backenbrecher
• Sortierung: 
  • Taumelsieb 
  • Magnetbandscheider 
  • Elektrostatischer Coronawalzenscheider 
  • Lufttrenntisch 
• Thermische Behandlung: 
  • Drehrohrofen (kontinuierlich betreibbar) 
  • Muffelofen 
  • Veraschungsofen 

Durch Kombination verschiedener Prozessschritte können so effiziente Prozesse für verschiedene Materialien entwickelt werden.

Für die Reinigung oder Abtrennung von Material führen wir nasschemische Verfahren im Labormaßstab sowie im kleintechnischen Maßstab (bis 300 l Ätzbadvolumen) durch. Durch Variation der Ätzregime und Prozessparameter können vielfältige Aufgabenstellungen bearbeitet und bewältigt werden. So werden z.B. Edelmetalle aus EoL-PV-Modulen zurückgewonnen oder Prozessabfälle der Si-Wafer-Produktion, wie Sägeabrieb oder Sägeabschnitte, aufgereinigt. Die Rückgewinnung von gelösten Metallen aus den gebrauchten Ätzbädern erfolgt durch chemische Fällungsreaktionen, den Einsatz von Ionenaustauschern oder durch Elektrolyse. Durch Diffusionsdialyse und andere Membrantrennverfahren werden die verbrauchten Ätzbäder aufgearbeitet und in den Ätzprozess zurückgeführt. Auf diese Weise lassen sich Chemikalienverbräuche minimieren, Ressourcen schonen und Entsorgungskosten einsparen.