Hoe zit het met al het afval?

Door Rachel A. Meidl, Mathilde Saada

Met de druk van de klimaatverandering en de urgentie om alternatieve energiebronnen zoals wind- en zonne-energie te integreren, overschaduwt de fixatie op de vermeende voordelen van energietransitietechnologieën de flagrante realiteit: een gebrek aan strategie rond het identificeren en kwantificeren van andere externe factoren van de levenscyclus, zoals afval verwijdering of gevolgen voor het milieu.

De energiesector, overheden en samenleving hebben nog geen volledig inzicht in de binnenkomende hoeveelheden afval en de langetermijneffecten die gepaard gaan met afgedankte zonne-energiesystemen. Als een duurzame en circulaire toekomst de voorkeur verdient, is een gecontroleerd beheer van afgedankte panelen in toegestane recycling-, behandelings- en verwijderingsfaciliteiten noodzakelijk.

Wat er op het spel staat: zonne-energieafval

De cumulatieve prognoses voor zonne-energieafval wereldwijd zullen naar verwachting in 78 ongeveer 2050 miljoen ton bedragen. Veel van deze voorspellingen gaan echter uit van een volledige levensduur van 25-30 jaar van panelen en houden geen rekening met vroegtijdige vervanging, snelle veroudering en wijdverbreide voortijdige ontmanteling als gevolg van zonne-energie. belastingkredieten, compensatietarieven, installatiekosten, zware weersomstandigheden en de rol van China die deze cijfers uiteindelijk nog verder zouden kunnen opdrijven. Afgezien van aantrekkelijke belastingsubsidies die hebben geresulteerd in een enorme en ongekende groei van zonne-energie, is de conversie-efficiëntie van panelen jaar na jaar verbeterd, dankzij productie-innovaties in China, dat de zonne-energiemarkt domineert en controleert. In de VS wordt zonne-energie gepresenteerd als een cruciale oplossing om de klimaatverandering te bestrijden, als een aantrekkelijke investering voor bedrijven en investeerders die aansluit bij hun ecologische, sociale en bestuurlijke doelstellingen, en als banenschepper. 

Maar de dreigende afvalvolumes druisen in tegen een circulaire economie en vormen een bedreiging voor de mondiale en nationale duurzaamheidsdoelstellingen. 

Het ontleden van een fotovoltaïsch (PV) zonnepaneel en het begrijpen van de anatomie ervan onthult een sterk geïntegreerd systeem dat demontage en recycling tot een duur, gecompliceerd en energie- en hulpbronnenintensief proces maakt. De samenstelling van een paneel omvat onder meer aluminium, glas, complexe kunststoffen en een assortiment metalen, waaronder cadmium, chroom, lood, selenium en zilver, die, als ze onbehandeld en onbeheerd worden gelaten, de bodem kunnen verontreinigen en in grondwatersystemen kunnen uitlogen. Vanwege de aanwezigheid van zware metalen en andere bestanddelen die de wettelijke drempelwaarden voor toxiciteit overschrijden, kunnen afgedankte panelen worden geclassificeerd als federaal gereguleerd gevaarlijk afval onder de Resource Conservation and Recovery Act, het statuut dat het beheer van gevaarlijk afval regelt. Deze classificatie brengt zonnepanelen onder het volledige spectrum van de regelgeving voor gevaarlijk afval van de Amerikaanse Environmental Protection Agency en brengt een groot aantal strenge wettelijke verplichtingen met zich mee die het volgens de bestaande wetgeving duur en lastig maken om panelen te classificeren, op te slaan, te hanteren en te transporteren voor recycling of verwijdering.

De kwestie rond het einde van de levenscyclus weerspiegelt het gebrek aan economisch levensvatbare en duurzame opties voor het einde van de levensduur, waarbij de overheersende methoden het storten, verbranden of ‘doneren’ (vrijwillige recycling) aan secundaire markten zijn, waardoor de lasten van afvalbeheer worden verschoven naar ontwikkelingslanden. economieën. 

De complexiteit van het zonne-recyclingproces

Het recyclen van zonne-PV's is zeer complex en kan een energie- en hulpbronnenintensief proces zijn dat zijn eigen afval en emissies genereert (Figuur 1). Recyclingtechnologieën staan, vooral in de VS, nog in de kinderschoenen en zijn onbetaalbaar, wat de uiteindelijke keuzemogelijkheden beperkt tot storten, verbranden en exporteren – de minst dure trajecten met een ruime marge. Vanwege de aanduiding “gevaarlijk afval” vereist de huidige regelgeving dat afgedankte zonnepanelen worden beheerd door gekwalificeerde transporteurs en in toegestane verwerkings-, opslag-, verwijderings- en recyclingfaciliteiten. Met de verwachte hoeveelheden afval uit zonne-energie is het onzeker of de bestaande faciliteiten voor gevaarlijk afval en recycling voldoende zijn om de toestroom van panelen te beheren, gezien de langdurige vergunningstermijnen voor het plaatsen, bouwen en opschalen van recyclingfaciliteiten in de VS. 

Deze ingewikkelde regelgevende obstakels, samen met de directe kosten van recycling, moedigen het achterlaten, illegaal dumpen en het aanleggen van voorraden van afgedankte zonnepanelen aan, terwijl er meer betaalbare opties ontstaan. Hoewel het moeilijk is precieze cijfers te verkrijgen vanwege de verkeerde classificatie van panelen als elektronisch afval (e-waste) of andere materialen, het gebrek aan trackingmechanismen en gegevenstransparantie, wordt geschat dat ongeveer 10% van de zonnepanelen in de VS wordt gerecycled. Het is onduidelijk of dit cijfer zich vertaalt in volledige of gedeeltelijke recyclingresultaten.

Hoewel de zonne-recyclingindustrie wordt geconfronteerd met uitdagingen als onvoldoende inputs, hoge bedrijfskosten en lage winstgevendheid als gevolg van kleine concentraties waardevolle materialen, is er potentieel voor een sterke zonne-recyclingmarkt als er samenwerkingen op het gebied van infrastructuur en toeleveringsketen zouden bestaan ​​om de zonne-energie te verzamelen, te verwerken en te verkopen. diverse componenten. Momenteel zijn echter geen van deze regelingen van kracht. Er moeten nieuwe circulaire bedrijfsmodellen worden ontwikkeld en secundaire markten worden gevestigd op basis van gerecycled, hergebruikt en teruggewonnen silicium, metalen en materialen voor panelen voor een tweede leven en andere toepassingen die waardeketens voor hergebruik, reparatie en herfabricage in de zonne-PV-industrie formaliseren. 

Bron: Samengesteld uit verschillende bronnen door Rachel Meidl en Mathilde Saada.

Toekomstige regelgevingsmodellen in de VS

Er bestaat in de VS geen nationaal raamwerk voor afgedankt zonne-energieafval, maar in navolging van Californië weegt de EPA momenteel af of afgedankte panelen moeten worden gereguleerd als ‘universeel afval’, een categorie van gevaarlijk afval met gestroomlijnde regelgeving die bedoeld is om de beheerlasten te verminderen en de inzameling en recycling te vergemakkelijken. Californië is de eerste staat die afgedankte zonnepanelen reguleert als universeel afval en hun recente wet zou kunnen dienen als model voor de toekomstige ontwikkeling van een nationaal raamwerk voor de recycling van zonne-afval en een blauwdruk die andere staten kunnen volgen. Hawaï, North Carolina en Rhode Island overwegen ook regels voor zonnepanelen om recycling te stimuleren. Dit raamwerk is niet alleen van het grootste belang voor de OESO-landen, maar ook van cruciaal belang voor ontwikkelingseconomieën die een ongekende groei op het gebied van zonne-energie ervaren (bijvoorbeeld China en India), aangezien formele afvalverwerkingsnetwerken, recyclinginfrastructuur en regelgeving in deze regio's van de wereld ontbreken. . Nu de zonne-recyclingindustrie opkomt en talloze spelers de markt betreden, zal een van de grootste uitdagingen het toewijzen van de verantwoordelijkheid voor de enorme hoeveelheid verzameld weesafval zijn. 

Beheer op systeemniveau voor een circulaire economie

Recycling – of de juiste verwijdering van gevaarlijke materialen als recycling niet mogelijk is – is inderdaad een essentieel onderdeel van een circulaire economie. Maar eerst en vooral hebben we regelgeving nodig die de inzameling en het juiste beheer van zonne-energieafval stimuleert. Dit kan helpen bij het opbouwen van de recyclingcapaciteit voor zonne-energie, terwijl de industrie en de secundaire markten kunnen opschalen als onderdeel van een uitgebreide end-of-life-infrastructuur. Investeringsprikkels moeten ook worden overwogen in de reeks oplossingen om de ontwikkeling van de zonne-recyclingindustrie te stimuleren. 

In de haast om onze samenleving koolstofvrij te maken en te elektrificeren, wordt afvalbeheer vaak over het hoofd gezien. Er bestaan ​​mogelijkheden voor het ontwikkelen van op de juiste wijze afgestemde methodologieën die rekening houden met de levenscycluseffecten in de gehele toeleveringsketen van vaak genegeerde factoren van zonne-installaties, zoals landgebruik, verlies aan biodiversiteit, milieurechtvaardigheid, waterbeheer en mondiaal transport. Bovendien kunnen technologieën zoals blockchain een grote impuls geven aan transparant, verantwoordelijk beheer van panelen die aan het einde van hun levensduur zijn. Het is van cruciaal belang dat we energiesystemen plannen, voorbereiden en ontwerpen voor hergebruik, terugwinning, herfabricage en recycling in het heden, anders riskeren we in de toekomst nieuwe ecologische, sociale en economische lasten te creëren.

Rachel A. Meidl, LP.D., CHMM, is de fellow in energie en milieu aan het Baker Institute-Center for Energy Studies van Rice University. Ze was eerder benoemd tot plaatsvervangend adjunct-administrateur voor de Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration, een agentschap van het Amerikaanse ministerie van Transport. 

Mathilde Saad is onderzoeksassistent bij het Center for Energy Studies van het Baker Institute van Rice University en MA-student in de Master of Global Affairs van Rice University.