Recyclage des panneaux solaires : les défis

Les déchets de panneaux solaires devraient augmenter de plus de 4 000 % au cours de la prochaine décennie. L'industrie du recyclage des panneaux solaires est-elle prête à gérer ces volumes ? Avec une demande de nouveaux panneaux en augmentation exponentielle et des matières premières rares, la course est lancée.

​​Le recyclage des panneaux solaires devient un véritable enjeu. Essentielle à la stratégie net zéro du Royaume-Uni, l'énergie solaire est une option durable et durable pour les entreprises et les ménages, et elle se développe rapidement.

En 2021, le Royaume-Uni a ajouté 730 MW de nouvelle capacité solaire, portant le volume global à 14,6 GW, soit une augmentation de 5,3 % par rapport à 2020, et - au deuxième trimestre de 2022 - l'énergie solaire a contribué à 6,4 % de la production totale d'électricité du Royaume-Uni. Dans le cadre de la stratégie de sécurité énergétique d'avril, le Département des affaires, de l'énergie et de la stratégie industrielle (BEIS) a confirmé que, d'ici 2035, le déploiement solaire du Royaume-Uni devrait quintupler, portant le volume global à 70 GW : environ 15 % des besoins en électricité prévus (et croissants) du Royaume-Uni, selon McKinsey.

Une question émergente est de savoir quoi faire des panneaux solaires une fois qu'ils ont atteint la fin de leur durée de vie de 30 ans. Alors que la croissance du marché continue d'augmenter à l'avenir, il en sera de même pour la pile de déchets solaires en plein essor. Selon l'Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA), le Royaume-Uni devrait générer 30 000 tonnes de déchets solaires au cours de la prochaine décennie. De plus, une augmentation des panneaux obsolètes devrait arriver sur le marché dans les années 2030, lorsque les panneaux solaires du millénaire commenceront à faiblir. L'IRENA prévoit que les déchets mondiaux des panneaux solaires se situeront entre 1,7 et 8 millions de tonnes en 2030.

En outre, un goulot d'étranglement potentiel dans l'approvisionnement en matières premières se profile, la demande de panneaux devant dépasser la disponibilité de composants vierges.

La pression monte pour que l'industrie du recyclage des panneaux solaires augmente sa capacité afin de gérer l'augmentation des panneaux obsolètes et de soutenir la fabrication de nouveaux panneaux solaires. En juillet, Sam Vanderhoof, un expert de l'industrie solaire, a suggéré qu'à l'échelle mondiale, seul un panneau photovoltaïque (PV) sur dix est recyclé, le reste finissant à la décharge, se référant à nouveau aux données de l'IRENA.

Au Royaume-Uni, les panneaux solaires sont officiellement classés comme équipements électriques et électroniques (EEE), dans une catégorie 14 dédiée. En tant que tels, les panneaux photovoltaïques sont couverts par les réglementations sur les déchets EEE (DEEE) ; leur fin de vie est suivie et le développement d'infrastructures de recyclage de panneaux solaires solides est déjà en cours.

Les producteurs de panneaux solaires sont tenus d'adhérer à un programme de conformité des producteurs (PCS), de déclarer les tonnages introduits sur le marché et d'obtenir des notes de conformité pour couvrir le recyclage futur de ces unités. Ils doivent également marquer les produits pour informer les utilisateurs et les installations de traitement de la composition des matériaux et de leur élimination correcte.

Parallèlement, les distributeurs doivent collecter les produits en fin de vie. Ils doivent avoir une procédure de reprise des déchets photovoltaïques ou contribuer à un programme de reprise approuvé par le gouvernement.

Cependant, selon Scott Butler, directeur général de Material Focus, une ONG financée par les frais de conformité WEEE, il existe certaines considérations distinctes qui affecteront la récupération des panneaux solaires : "Avec le PV, vous vous attendez à ce qu'il y ait une relation installateur/désinstallateur pour les ménages. Bien qu'il s'agisse d'un produit domestique, ce n'est pas quelque chose que beaucoup de gens pourront gérer eux-mêmes.

"J'imagine que la désinstallation doit impliquer un professionnel agréé pour l'électricité sur secteur… et ils pourraient être la clé de la gestion de ces [déchets]. Bien que cela puisse être difficile car ils ne sont pas équipés pour gérer les déchets, il n'est pas si difficile de devenir un transporteur de déchets. "

Butler note que les panneaux solaires approchent maintenant de la fin de vie pourraient s'avérer difficiles à recycler en raison de la variation de la fabrication : « En termes de recyclage, je pense que le défi avec les PV va être de comprendre la chimie parce que, en particulier au début, il y a beaucoup de mélanges chimiques différents. Les choses qui vont commencer à sortir maintenant sont assez anciennes, 20 ans, c'est un cycle assez long.

Les processus de recyclage des panneaux varient selon la composition des panneaux solaires, dont le plus courant est à base de silicium. Connus pour leur prix abordable et leur flexibilité, les panneaux solaires au silicium représentaient 73,3 % du marché en 2020 ; les couches minces représentaient 10,4 % et les panneaux fabriqués à partir d'autres matériaux (photovoltaïque concentré, hybrides organiques sensibilisés par un colorant) représentaient les 16,3 % restants (Chowdhury et al, 2020).

Une fois récupéré, tout panneau PV est difficile à démonter. Le cadre en aluminium et la boîte de jonction peuvent être retirés assez simplement ; la partie difficile est la feuille de verre plat feuilleté, qui contient de faibles quantités de métaux ferreux et non ferreux, de plastiques et de matériaux semi-conducteurs. Concernant les solutions de traitement, l'enjeu n'est pas technique puisque la pyrolyse, la séparation cryogénique (congélation) et le broyage mécanique existent comme techniques de séparation des différentes matières. Le plus grand défi est que les panneaux photovoltaïques ne génèrent pas de déchets similaires aux déchets d'emballage ou aux consommables à courte durée de vie. Dès lors, la principale question est d'ordre économique : qui investira dans une chaîne de traitement qui ne sait pas quand les déchets arriveront ?

Les panneaux à couches minces impliquent un processus de traitement qui nécessite quelques étapes supplémentaires pour récupérer le composé métallique «tellurure de cadmium» de manière écologique. Bien qu'il s'agisse d'un choix moins populaire, les panneaux à couches minces ont une utilisation matérielle plus efficace, abritant un semi-conducteur plus mince, ce qui permet d'économiser sur les coûts et le carbone lors de la fabrication. Ces panneaux fonctionnent mieux dans des conditions de faible luminosité et à des angles "extrêmes", utiles pour les surfaces verticales et les façades.

Pour récupérer les matériaux, les panneaux photovoltaïques à couches minces sont déchiquetés pour éliminer la stratification, avant que les éclats solides et liquides ne soient séparés par une vis rotative. Le film est ensuite éliminé à l'aide d'acide et de peroxyde, suivi de l'élimination des matériaux intercalaires avec vibration, tandis que le verre et le métal restants sont séparés et récupérés.

Malgré la croissance constante des initiatives de recyclage actuelles, seuls 80 à 95 % des matériaux des panneaux solaires qui parviennent au recyclage sont actuellement récupérés. Pour faire avancer cela, la société de gestion des déchets Veolia dirige un projet visant à amener le recyclage complet des panneaux solaires à l'échelle industrielle, dans le cadre d'un projet en cours financé par EIT RawMaterials. ReProSolar développe un processus très efficace de recyclage des panneaux en fin de vie, permettant de récupérer tous les composants des modules PV à base de silicium.

En utilisant la technologie de délaminage pour séparer la cellule solaire de la plaque de verre, des processus physiques et chimiques récupèrent tous les matériaux, y compris l'argent pur et le silicium, sans détruire les modules PV.

En partenariat avec FLAXRES GmbH et ROSI Solar, deux entreprises technologiques qui développent de nouvelles méthodes pour récupérer les matières premières des panneaux photovoltaïques, le projet testera la faisabilité à l'échelle industrielle d'ici la fin de l'année, avec 5 000 tonnes de modules photovoltaïques déclassés devant être traités chaque année dans une usine de démonstration en Allemagne en 2024.

La commercialisation d'un processus de recyclage complet est essentielle pour relever le défi actuel du marché, en apportant un approvisionnement solide en composants de panneaux photovoltaïques récupérés pour répondre à la demande croissante de panneaux et en gérant les volumes croissants de déchets de panneaux solaires.

Des gains économiques considérables pourraient être réalisés en récupérant des composants de panneaux photovoltaïques de grande valeur à mesure que la demande augmente. L'argent, par exemple, alors qu'il représente 0,05 % du poids du panneau, représente 14 % de sa valeur marchande. D'autres métaux précieux et récupérables comprennent l'aluminium, le cuivre et le tellure. Selon Rystad Energy, alors que les matériaux récupérés des panneaux photovoltaïques en fin de vie valent actuellement 170 millions de dollars, ils devraient valoir plus de 2,7 milliards de dollars en 2030.

En plus des innovations dans le monde du recyclage des panneaux solaires, la conception des panneaux est également repensée en pensant à la réutilisation. L'Organisation néerlandaise pour la recherche scientifique appliquée (TNO) a dévoilé ses nouveaux panneaux solaires "Design for Recycling" (D4R) en décembre 2021, fabriqués en vue de la fin de vie. Les panneaux, avec une durée de vie testée de 30 ans, sont conçus pour un démontage facile sans endommager les composants.

Les panneaux, encapsulés avec une feuille adhésive, contiennent un mécanisme de déclenchement intégré pour la séparation des cellules et des cadres. Le procédé est peu énergivore et n'implique aucun élément toxique.

La recherche est hébergée par deux projets, le premier étant le projet DEREC, qui a conceptualisé et testé les panneaux D4R à petite échelle pour assurer leur démontage propre après une durée de vie simulée. Le projet PARSEC étendra ensuite la technologie aux panneaux D4R pleine grandeur pour un usage commercial et résidentiel.

Alors que ce sont les panneaux fabriqués il y a près de 30 ans qui posent le défi actuel aux recycleurs, les panneaux D4R peuvent simplifier le recyclage des panneaux pour faire avancer l'industrie. Et, en plus des nouveaux panneaux, le consortium recherche des techniques de recyclage pour les modèles de panneaux solaires actuels, afin d'obtenir une acquisition de silicium pur pour la réutilisation.

Cumulativement, ces innovations sont prometteuses dans leur concentration sur la commercialisation, bien que des inquiétudes subsistent quant à savoir si l'échelle requise sera atteinte, avec à la fois des volumes de panneaux obsolètes et une demande de nouveaux panneaux en augmentation. Cependant, si les efforts de commercialisation se déroulent bien et si les plans de fabrication de panneaux à partir de matériaux entièrement récupérés peuvent être livrés, l'industrie des panneaux solaires envisage une économie circulaire robuste.