I ricercatori hanno ottimizzato un processo per il recupero di argento e silicio ad elevata purezza, facilitandone la produzione su scala industriale. Ciò ridurrà il consumo di materie prime ed energia, promuovendo il riciclo dei moduli solari, essenziali per un sistema energetico sostenibile.
Fino a poco tempo fa, il riciclo dei moduli fotovoltaici rappresentava una preoccupazione secondaria nel settore, data la ancora limitata diffusione dell'energia solare a livello globale. Tuttavia, lo spettacolare aumento della capacità installata negli ultimi anni, unitamente alle previsioni di crescita per i prossimi decenni, fa presagire uno scenario in cui un numero crescente di moduli a fine vita verrà dismesso circa 25 anni dopo l'installazione. Le stime più prudenti indicano che entro il 2030 saranno stati dismessi circa 400 milioni di moduli, una cifra che supererà i 10 miliardi entro il 2050.
Un modulo fotovoltaico è costituito da una serie di celle solari interconnesse, inglobate in fogli di polimero e fissate a un supporto di vetro per proteggerle dagli agenti esterni (umidità, radiazioni ultraviolette). Il vetro, insieme a una cornice in alluminio, conferisce inoltre rigidità, facilitando l'installazione, e resistenza a urti, carichi di vento, ecc. In un certo senso, la progettazione del modulo, volta a renderlo resistente al degrado e all'invecchiamento e a garantirne il funzionamento per decenni, rende difficoltosa la separazione e il recupero dei materiali una volta giunto al termine del suo ciclo di vita.
Il ricercatore principale tiene in mano un foglio arrotolato di celle solari incapsulate dopo averle separate dal vetro frontale. Autore: David Fuertes Marrón.
Attualmente, sono stati proposti numerosi metodi per il riciclo dei moduli solari, basati su approcci meccanici, termici o chimici. Alcuni di questi hanno raggiunto un elevato livello di sviluppo, ad esempio quelli mirati ai componenti più pesanti del modulo, come il vetro e il telaio in alluminio. Tuttavia, tale livello di sviluppo non è ancora stato raggiunto per i contatti metallici e il silicio che costituiscono le celle solari, i componenti più critici in termini di consumo energetico e impatto ambientale. Inoltre, la qualità dei materiali recuperati è spesso insufficiente per il reinserimento nella filiera fotovoltaica.
Nell'ambito del progetto RESILIENS, finanziato dall'Agenzia statale spagnola per la ricerca (AERIS) attraverso il bando per progetti di transizione ecologica e digitale (TED), quattro istituzioni collaborano per sviluppare una tecnologia fattibile, economicamente vantaggiosa e sostenibile che permetta il recupero di silicio e metalli da dispositivi fotovoltaici dismessi e il loro riutilizzo nella produzione di nuove celle solari. Coordinato da ricercatori dell'Istituto di Energia Solare del Politecnico di Madrid (UPM), il progetto coinvolge anche ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Chimica dell'Università Complutense di Madrid (UCM), della Facoltà di Scienze dell'Università Autonoma di Madrid (UAM e di IMDEA Nanociencia.
"I risultati del progetto ottenuti finora convalidano la nostra strategia", afferma Carlos del Cañizo, ricercatore presso l'IES-UPM e responsabile del progetto. "Abbiamo ottimizzato un processo di demetalizzazione che recupera l'argento allo stato solido e raggiunge un equilibrio ottimale tra recupero del metallo e conservazione del substrato di silicio. Abbiamo anche dimostrato che la re-iniezione del silicio durante la fase di cristallizzazione garantisce l'ottenimento di silicio con una purezza sufficiente per la produzione di celle solari ad alta efficienza, in un processo che adatta le proprietà del silicio risultante alle attuali esigenze del settore, trasformando, ad esempio, il silicio multicristallino in silicio monocristallino", spiega il ricercatore. I processi utilizzano metodi e componenti ben noti nell'industria fotovoltaica (incisione alcalina per il recupero del metallo, crescita Czochralski per la ricristallizzazione del silicio), quindi l'estensione dei risultati e il loro trasferimento all'industria possono essere semplici. "C'è ancora del lavoro da fare per dimostrare la validità dei metodi proposti per l'ampia varietà di tecnologie cellulari disponibili sul mercato, nonché per analizzarne la compatibilità con gli incapsulanti utilizzati nell'industria", conclude Carlos del Cañizo, responsabile del progetto.
Il progetto RESILIENS avrà un impatto diretto sulla riduzione della lavorazione delle materie prime e del consumo energetico e faciliterà il riciclo di un prodotto commerciale, il modulo solare, che presto diventerà onnipresente come principale fonte di produzione di energia sostenibile.
Marcos Tierno, Julia Hernández Ruiz, Sergio Taboada, Eduardo Díez, Araceli Rodríguez, Luis Jaime Caballero, Nerea Dasilva Villanueva, David Fuertes Marrón, Nikolay V. Abrosimov, Carlos del Cañizo. Validazione di processi di riciclo per la demetallizzazione e ricristallizzazione di celle solari in silicio. Energia solare, volume 274, 2024, 112533, ISSN 0038-092X, https://doi.org/10.1016/j.solener.2024.112533 .
