Os investigadores otimizaram um processo para recuperar prata e silício de alta pureza, facilitando a sua produção à escala industrial. Isto irá reduzir o consumo de matérias-primas e de energia, promovendo a reciclagem de módulos solares, essenciais para um sistema energético sustentável.
Até há pouco tempo, a reciclagem de módulos fotovoltaicos era uma preocupação secundária no sector, dada a ainda limitada penetração da energia solar a nível mundial. No entanto, o aumento expressivo da capacidade instalada nos últimos anos, juntamente com as previsões de crescimento para as próximas décadas, antecipa um cenário em que um número crescente de módulos em fim de vida útil será desativado aproximadamente 25 anos após a instalação. As estimativas mais conservadoras revelam que cerca de 400 milhões de módulos terão sido desativados até 2030, um número que ultrapassará os 10 mil milhões até 2050.
Um módulo fotovoltaico consiste numa série de células solares interligadas, embutidas em lâminas de polímero e fixadas a um vidro para proteção contra elementos externos (humidade, radiação ultravioleta). O vidro, juntamente com uma estrutura de alumínio, também proporciona rigidez para facilitar a instalação e resistência a impactos, cargas de vento, etc. De certa forma, projetar o módulo para ser resistente à degradação e ao envelhecimento, e para garantir o seu funcionamento durante décadas, torna a separação e a recuperação de materiais difíceis após o término da sua vida útil.
O investigador principal segura uma folha enrolada de células solares encapsuladas após as separar do vidro frontal. Autor: David Fuertes Marrón.
Atualmente, muitos métodos estão a ser propostos para a reciclagem de módulos solares utilizando abordagens mecânicas, térmicas ou químicas. Alguns atingiram um elevado nível de desenvolvimento, por exemplo, os que se destinam aos componentes mais pesados do módulo, como o vidro e a estrutura de alumínio. No entanto, este nível de desenvolvimento ainda não foi atingido para os contactos metálicos e o silício que constituem as células solares, que são os elementos mais exigentes em termos de consumo energético e impacto ambiental. Além disso, a qualidade dos materiais recuperados é frequentemente insuficiente para a reintrodução na cadeia de valor fotovoltaica.
No âmbito do projeto RESILIENS, financiado pela Agência Estatal de Investigação Espanhola (AERIS) através do seu concurso de propostas para projetos de Transição Ecológica e Digital (TED), quatro instituições colaboram para desenvolver uma tecnologia viável, economicamente eficiente e sustentável que permita a recuperação de silício e metais de dispositivos fotovoltaicos descartados e a sua reutilização no fabrico de novas células solares. Coordenado por investigadores do Instituto de Energia Solar da Universidade Politécnica de Madrid (UPM), o projeto inclui também investigadores do Departamento de Engenharia Química da Universidade Complutense de Madrid (UCM), da Faculdade de Ciências da Universidade Autónoma de Madrid (UAM e do IMDEA Nanociencia.
“Os resultados do projeto até à data validam a nossa estratégia”, afirma Carlos del Cañizo, investigador do IES-UPM que lidera o projeto. “Otimizámos um processo de desmetalização que recupera a prata no estado sólido e atinge um equilíbrio ideal entre a recuperação do metal e a preservação do substrato de silício. Demonstramos também que a reinjeção do silício durante a etapa de cristalização garante a obtenção de silício com pureza suficiente para o fabrico de células solares de alta eficiência, num processo que adapta as propriedades do silício resultante às exigências atuais da indústria, transformando, por exemplo, o silício multicristalino em silício monocristalino”, explica o investigador. Os processos utilizam métodos e componentes já conhecidos na indústria fotovoltaica (ataque alcalino para recuperação de metal, crescimento Czochralski para recristalização do silício), pelo que a ampliação da escala e a transferência dos resultados para a indústria podem ser simples. “Ainda há trabalho a ser feito para demonstrar a validade dos métodos propostos para a grande variedade de tecnologias celulares disponíveis no mercado, bem como para analisar a sua compatibilidade com os encapsulantes utilizados na indústria”, conclui Carlos del Cañizo, investigador principal do projeto.
O projeto RESILIENS terá um impacto direto na redução do processamento de matérias-primas e do consumo de energia, além de facilitar a reciclagem de um produto comercial, o módulo solar, que em breve se tornará omnipresente como principal fonte de produção de energia sustentável.
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. Validação de processos de reciclagem para desmetalização e recristalização de células solares de silício. Solar Energy, Volume 274, 2024, 112533, ISSN 0038-092X, https://doi.org/10.1016/j.solener.2024.112533 .
