چالش بازیافت صفحات خورشیدی

ترجمه: عبدالله مصطفایی: استفاده از انرژی خورشیدی به‌عنوان یک انرژی پاک هر‌روزه در مناطق مختلف جهان رو به ازدیاد است و تقریبا همه کاربردها از تأمین برق تا تولید بخار را شامل می‌شود. در مقاله «آیا صنایع می‌توانند خورشید را به خدمت خود درآورند؟» روزنامه «شرق» مورخ 6/4/1398 به ذکر صنایع مختلفی که اقدام به بهره‌برداری از این انرژی به‌ویژه در منطقه خاورمیانه کرده‌اند، پرداخته شد. البته استفاده از صفحات خورشیدی در انتهای مسیر منجر به دورریز‌شدن این صفحات خواهد شد که برای آن باید چاره‌اندیشی کرد و این مقاله در‌این‌باره است.

در شهر اودسای ایالت تگزاس، استارت‌آپی به نام SolarCycle فعالیت دارد که کارگران آن، کامیون‌های حامل پنل‌‌های فتوولتائیک بازنشسته‌شده را که به‌تازگی از مزارع خورشیدی تجاری در سراسر آمریکا جمع‌آوری شده‌اند، تخلیه می‌کنند. آنها پنل‌‌ها را از قاب‌های آلومینیومی و جعبه‌های الکتریکی جدا می‌کنند؛ سپس آنها را به دستگاه‌هایی وارد می‌کنند تا شیشه آنها را از موادی چندلایه جدا کنند. قابل ذکر است که برای حدود یک ربع قرن این مجموعه‌ها به تولید برق از نور خورشید کمک کرده‌اند. در مرحله بعد، پنل‌ها خرد و آسیا می‌شوند و تحت یک فرایند که ثبت اختراع شده است، قرار می‌گیرند تا مواد ارزشمند آنها استخراج شود. این مواد عمدتا نقره، مس و سیلیکون کریستالی هستند. این مواد و همچنین آلومینیوم و شیشه که کم‌ارزش‌تر هستند، فروخته می‌شوند و حتی ممکن است در نسل بعدی پنل‌های خورشیدی به کار گرفته شوند. در آمریکا صنعت انرژی خورشیدی نشان‌دهنده سریع‌ترین رشد به‌عنوان منبع انرژی بوده است. فرایند فوق نگاهی اجمالی به آنچه می‌تواند برای افزایش بازنشستگی مورد انتظار پنل‌های خورشیدی رخ دهد، ارائه می‌دهد. امروزه، در آمریکا تقریبا 90 درصد از پنل‌‌هایی که کارایی خود را به دلیل قدیمی‌بودن از دست داده‌اند یا معیوب هستند، در محل دفن زباله‌ها جای می‌گیرند؛ زیرا این گزینه کم‌هزینه‌تر از بازیافت آنهاست؛ اما طرفداران بازیافت در آمریکا می‌گویند افزایش استفاده مجدد از مواد باارزش مانند نقره و مس به تقویت اقتصاد چرخشی کمک می‌کند که در آن با استفاده مجدد از مواد، میزان زباله و آلودگی کاهش می‌یابد. براساس گزارش سال 2021 آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر (NREL) بازیافت پنل‌های فتوولتائیک PV همچنین می‌تواند خطر نشت مواد سمی به محیط را در محل‌های دفن زباله کاهش دهد. ضمنا باعث افزایش ثبات زنجیره تأمین خواهد شد که تا حد زیادی به واردات از آسیای جنوب شرقی وابسته است. به‌علاوه کاهش هزینه مواد خام برای تولیدکنندگان صفحات خورشیدی و نیز گسترش فرصت‌های بازار برای بازیافت‌کنندگان آمریکا را در پی خواهد داشت. البته استفاده مجدد از پنل‌های تخریب‌شده؛ اما همچنان قابل استفاده، گزینه بهتری است. میلیون‌ها از این پنل‌‌ها اکنون به کشورهای در حال توسعه ارسال می‌شوند؛ درحالی‌که دیگران در نزدیکی خانه دوباره استفاده می‌شوند. به‌عنوان مثال، SolarCycle در حال ساخت یک سایت برای کارخانه تگزاس خود است که از ماژول‌های بازسازی‌شده استفاده می‌کند. در آینده یک عدم تطابق بین افزایش ظرفیت فعلی انرژی‌های تجدیدپذیر از طرف شرکت‌های برق، شهرها و شرکت‌های خصوصی (سالانه میلیون‌ها پنل در سراسر جهان نصب می‌شود) و کمبود امکاناتی که بتواند با خیال راحت این مواد را پس از پایان عمر مفید آن (حدود 25 تا 30 سال) نگهداری کند، مشهود خواهد بود. این موضوع نیازمند تلاش‌های سریع برای بازیافت‌ پنل‌های خورشیدی بازنشسته است. براساس آخرین گزارش فصلی انجمن صنایع انرژی خورشیدی (SEIA) و شرکت مشاوره Wood Mackenzie، انتظار می‌رود ظرفیت خورشیدی در تمام بخش‌های آمریکا از سال 2023 تا 2027 به‌ طور متوسط 21 درصد در سال افزایش یابد. افزایش مورد انتظار در قانون کاهش تورم 2022 کمک خواهد کرد که در کنار سایر حمایت‌ها از انرژی‌های تجدیدپذیر، 30 درصد اعتبار مالیاتی برای تأسیسات خورشیدی مسکونی فراهم شود. طبق برآورد NREL، منطقه تحت پوشش پنل‌های خورشیدی که از سال 2021 در آمریکا نصب شده و آنهایی که قرار است تا سال 2030 بازنشسته شوند، حدود سه هزار زمین فوتبال آمریکایی مساحت دارد. تیلور کورتیس، تحلیلگر حقوقی و نظارتی در این آزمایشگاه می‌گوید: «این زباله کمی است»؛ اما نرخ بازیافت این صنعت که کمتر از 10 درصد است، از پیش‌بینی‌های خوش‌بینانه برای رشد صنعت بسیار عقب‌تر است. جسی سیمونز، یکی از بنیان‌گذاران SolarCycle است که حدود 30 کارمند دارد و فعالیت خود را در دسامبر گذشته آغاز کرده است. او گفته که محل‌های دفن زباله جامد معمولا یک تا دو دلار برای پذیرش یک پنل خورشیدی دریافت می‌کنند و در‌صورتی‌که این ماده زباله خطرناک تلقی شود، این عدد به حدود پنج دلار افزایش می‌یابد. در مقابل، شرکت او برای هر پنل 18 دلار دریافت می‌کند. سیمونز که یکی از مدیران سابق باشگاه سیرا نیز بوده، معتقد است: مشتریان مایل به پرداخت این نرخ هستند؛ زیرا ممکن است نتوانند محل دفن زباله‌های دارای مجوز برای پذیرش زباله‌های خطرناک را پیدا کنند و مسئولیت قانونی آن را بر‌عهده بگیرند یا به‌این‌دلیل که می‌خواهند اثرات زیست‌محیطی پنل‌های قدیمی خود را به حداقل برسانند. 

SolarCycle یک تجزیه و تحلیل زیست‌محیطی را به مشتریان خود ارائه می‌دهد که مزایای بازیافت پنل‌ها را نشان می‌دهد. به‌عنوان مثال بازیافت آلومینیوم 95 درصد انرژی کمتری نسبت به ساخت آلومینیوم بکر انرژی مصرف می‌کند که هزینه‌های استخراج مواد خام، بوکسیت و سپس حمل‌ونقل و تصفیه آن را شامل می‌شود. این شرکت تخمین می‌زند که بازیافت هر پنل از انتشار 97 پوند دی‌اکسید کربن جلوگیری کند و در صورت استفاده مجدد از پنل، این رقم به بیش از 1.5 تن دی‌اکسید کربن افزایش می‌یابد. براساس قانون پیشنهادی کمیسیون بورس و اوراق بهادار آمریکا، شرکت‌های سهامی عام ملزم به افشای ریسک‌های مرتبط با تغییر آب‌و‌هوا خواهند بود که احتمالا بر کسب‌وکارشان تأثیر مهمی دارد، ازجمله انتشار گازهای گلخانه‌ای‌شان. آلومینیومی که از پنل‌های خورشیدی در کارخانه SolarCycle جدا شده است، در سایتی نزدیک به فروش می‌رسد. شیشه در‌حال‌حاضر برای استفاده مجدد در محصولات اساسی مانند بطری‌ها فقط چند سنت به ازای هر پنل فروخته می‌شود؛ اما سیمونز امیدوار است که درنهایت به اندازه کافی از آن برای فروش با قیمت بالاتر به تولیدکننده صفحات جدید پنل خورشیدی برخوردار باشد. او گفت که سیلیکون کریستالی که به‌عنوان ماده پایه در سلول‌های خورشیدی استفاده می‌شود، نیز ارزش بازیابی دارد. اگرچه برای استفاده در پنل‌های آینده باید تصفیه شود؛ اما استفاده از آن از اثرات زیست‌محیطی استخراج و پردازش سیلیکون جدید جلوگیری می‌کند. SolarCycle یکی از تنها پنج شرکت در آمریکاست که از طرف SEIA به‌عنوان دارنده توانایی ارائه خدمات بازیافت فهرست شده است. به گفته آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده EPA، این صنعت در مراحل ابتدایی خود باقی مانده و هنوز در حال کشف چگونگی کسب درآمد از بازیابی و سپس فروش قطعات پنل است. EPA در یک مرور کلی از صنعت گفته: «عناصر این فرایند بازیافت را می‌توان در آمریکا یافت؛ اما هنوز در مقیاس بزرگ اتفاق نیفتاده است». در سال 2016، آژانس بین‌المللی انرژی‌های تجدیدپذیر (IRENA) پیش‌بینی کرد که در اوایل دهه 2030، مقدار جهانی پنل‌‌های PV ازکارافتاده حدود چهار درصد تعداد پنل‌‌های نصب‌شده خواهد بود. این آژانس گفت تا دهه 2050، حجم زباله پنل‌های خورشیدی به حداقل پنج میلیون تن در سال افزایش می‌یابد. انتظار می‌رود چین، بزرگ‌ترین تولیدکننده انرژی خورشیدی جهان، حداقل مجموعا 13.5 میلیون تن پنل را تا سال 2050 بازنشسته کند که تاکنون بیشترین مقدار را در میان کشورهای بزرگ تولیدکننده خورشیدی بازنشسته خواهد کرد و بر اساس گزارش ایرنا تا آن زمان تقریبا دو برابر حجمی است که آمریکا بازنشسته خواهد کرد. این گزارش نشان می‌دهد که تا سال 2030 مواد خام قابل بازیافت از پنل‌های PV در سطح جهان می‌تواند در مجموع به ارزش 450 میلیون دلار (در شرایط سال 2016) برسد که تقریبا برابر با هزینه مواد خام مورد نیاز برای تولید حدود 60 میلیون پنل جدید یا 18 گیگاوات برق ظرفیت تولید است. بر اساس این گزارش، تا سال 2050 ارزش این مواد قابل بازیافت می‌تواند در مجموع بیش از 15 میلیارد دلار باشد. با‌این‌حال، در حال حاضر بازیافت پنل‌های خورشیدی با چالش‌های اقتصادی، تکنولوژیکی و نظارتی شایان توجهی روبه‌رو است. کرتیس از NREL می‌گوید بخشی از مشکل، کمبود داده‌ها در مورد نرخ بازیافت پنل‌‌هاست که مانع از ارائه پاسخ‌های سیاستی بالقوه می‌شود که ممکن است انگیزه بیشتری برای اپراتورهای مزرعه خورشیدی برای بازیافت پنل‌‌ها در پایان عمر به جای رها‌کردن آنها ایجاد کند. مشکل دیگر در ارتباط با روش «شست‌وشو برای یافتن مشخصه سمیت» است که یک روش تأییدشده توسط EPA برای تعیین این است که آیا یک محصول یا ماده حاوی عناصر خطرناکی است که بتواند به محیط نفوذ کند یا خیر؛ چون این روش به عنوان یک روش معیوب شناخته‌شده است. کرتیس می‌گوید که در نتیجه برخی از مالکان مزارع خورشیدی در نهایت پنل‌‌های خود را به عنوان خطرناک «بیش از حد مدیریت» می‌کنند، بدون اینکه تشخیص رسمی زباله‌های خطرناک انجام شده باشد. آنها در نهایت هزینه بیشتری برای دفع پنل‌ها در محل‌های دفن زباله مجاز به نگهداری زباله‌های خطرناک یا بازیافت آنها می‌پردازند. آژانس بین‌المللی انرژی ارزیابی کرده است که آیا پنل‌های خورشیدی حاوی سرب، کادمیوم و سلنیوم در صورت رها‌شدن در محل دفن زباله‌های خطرناک یا محل‌های دفن زباله شهری بر سلامت انسان تأثیر می‌گذارد و تشخیص داده که خطر کم است. با‌این‌حال، آژانس در گزارشی در سال 2020 گفت یافته‌های آن به منزله تأیید دفن زباله نیست و به گفته آنها بازیافت، نگرانی‌های زیست‌محیطی را «بیشتر کاهش می‌دهد». NREL در حال حاضر در حال مطالعه یک فرایند جایگزین برای تعیین خطرناک‌‌بودن یا خطرناک‌نبودن پنل‌هاست. کرتیس گفت: «ما باید آن را کشف کنیم؛ زیرا قطعا بر مسئولیت و رقابتی‌تر‌کردن هزینه بازیافت تأثیر می‌گذارد». با وجود این ابهامات، اخیرا چهار ایالت قوانینی را در مورد بازیافت پنل‌های PV وضع کرده‌اند. کالیفرنیا که بیشترین تأسیسات خورشیدی را دارد، اجازه می‌دهد پنل‌‌ها را در محل‌های دفن زباله رها کنند، اما تنها پس از تأیید غیرخطرناک‌بودن آنها توسط یک آزمایشگاه مشخص که می‌تواند بیش از هزارو 500 دلار هزینه داشته باشد. از جولای 2022، کالیفرنیا تنها یک کارخانه بازیافت داشت که پنل‌های خورشیدی را می‌پذیرفت. در ایالت واشنگتن، قانونی طراحی شده برای ارائه روشی سازگار با محیط زیست برای بازیافت پنل‌های PV که قرار است در جولای سال 2025 اجرا شود. مقامات نیوجرسی انتظار دارند در بهار امسال گزارشی در مورد مدیریت ضایعات PV منتشر کنند و کارولینای شمالی به مقامات محیط زیست ایالتی دستور داده است تا بر روی از رده خارج‌کردن پروژه‌های خورشیدی در مقیاس شهری مطالعه کنند. کارولینای شمالی در حال حاضر نیاز دارد که پنل‌های خورشیدی در صورتی که حاوی فلزات سنگین مانند نقره یا در مورد پنل‌های قدیمی (کروم شش ظرفیتی، سرب، کادمیوم و آرسنیک باشند)، به عنوان زباله‌های خطرناک دفع شوند. در اتحادیه اروپا، از سال 2012 پنل‌های فتوولتائیک در پایان عمر، تحت دستورالعمل مربوط به زباله‌های تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی اتحادیه اروپا، معروف به WEEE، به عنوان زباله الکترونیکی در نظر گرفته می‌شوند. ماریوس موردال باکه، تحلیلگر ارشد تحقیقات در زمینه تأمین تجهیزات خورشیدی در مؤسسه Rystad Energy، یک شرکت تحقیقاتی مستقر در اسلوی نروژ است که گفته: این دستورالعمل از همه کشورهای عضو می‌خواهد که حداقل استانداردها را رعایت کنند، اما نرخ واقعی بازیافت زباله‌های الکترونیکی از کشوری به کشور دیگر متفاوت است. باکه می‌افزاید علی‌رغم این قانون، نرخ بازیافت PV در اتحادیه اروپا بهتر از آمریکا نیست (حدود 10 درصد) که عمدتا این موضوع به دلیل دشواری استخراج مواد باارزش از پنل‌هاست. اما او پیش‌بینی کرد که بازیافت زمانی رایج‌تر می‌شود که تعداد پنل‌‌های پایان عمر به حدی برسد که فرصتی برای کسب‌وکار ایجاد کند و مواد باارزشی را در اختیار بازیافت‌کنندگان قرار دهد که بتوانند بفروشند. او اضافه می‌کند که دولت‌ها می‌توانند با ممنوع‌کردن دفع پنل‌های PV در محل‌های دفن زباله و ارائه مشوق‌هایی مانند معافیت‌های مالیاتی برای افرادی که از پنل‌های خورشیدی استفاده می‌کنند، به سرعت بخشیدن به این انتقال کمک کنند. باکه می‌افزاید: «در آینده، شاهد ازکارافتادن پنل‌های زیادی خواهید بود که باید شروع به بازیافت کنید که این باعث می‌شود بدون درنظرگرفتن قیمت کالا، بازیافت به خودی خود سودآور شود».

حکایت همچنان باقی است

در خبر دیگری به نقل از نشریه Anthropocene Magazine آمده است که یک پژوهشگر استرالیایی به نام Veettil مدعی شده است که تیم او با یک فرایند نوآورانه توانسته است مواد موجود در پنل‌های خورشیدی را بازیافت کند. این تیم که دارای پتنت ثبت‌شده برای کار خود است، توانسته با حرارت‌دادن این پنل‌ها در کوره مایکروویو، مواد موجود را بازیابی کند. درباره مزیت این فرایند گفته شده است که این روش امکان جداسازی راحت پلاستیک، شیشه و قطعات سیلیکونی و فلزات را فراهم می‌آورد. برخی شرکت‌ها در دنیا تلاش می‌کنند تا پنل‌های خورشیدی را که بازده کمتری پیدا کردند، تعمیر کرده و مجددا مورد استفاده قرار دهند یا اینکه برخی مواد این پنل‌ها را بازیافت کنند. Tao، بنیان‌گذار شرکت‌های استارت‌آپی GT است که در زمینه بازیافت پنل‌های خورشیدی در ایالت آریزونا فعال است. بازیافت نقره، سیلیکون، سرب و قلع از این صفحات خورشیدی امکان‌پذیر است. به هر حال، ارزش مواد بازیافت‌شده می‌تواند نوسان داشته باشد. در سال 2020، Tao یک مقاله علمی مروری در زمینه بازیافت پنل‌های خورشیدی منتشر کرد که در آن زمان، ارزش مواد بازیافت‌شده از پنل خورشیدی حدودا 10 دلار برآورد شد. یک سال بعد و در سال 2021، وی ادعا کرد از آنجا که قیمت سیلیکون با گرید قابل استفاده در پنل‌های خورشیدی افزایش چشمگیری داشته، این عدد دو برابر شده است (19 دلار). به همین دلیل در آن زمان وی به این فکر افتاد که یک شرکت استارت‌آپی در زمینه بازیافت پنل‌های خورشیدی راه‌اندازی کند. این نوسان قیمت به آن معنی است که قطعیتی در مورد اقتصادی‌بودن فرایند بازیافت وجود ندارد. به‌علاوه، با توجه به بالا‌بودن قیمت نقره و محدودیت دسترسی به آن، محققان در حال بررسی تولید پنل‌های خورشیدی جدید بدون نقره هستند. این مسئله نیز به خودی خود شاید اقتصادی‌‌بودن فرایند بازیافت را زیر سؤال ببرد.

WIRED, 11Mar. 2023