Was ist mit all dem Müll?

Von Rachel A. Meidl, Mathilde Saada

Angesichts des Drucks des Klimawandels und der Dringlichkeit, alternative Energiequellen wie Wind und Sonne zu integrieren, überschattet die Fixierung auf die angeblichen Vorteile von Energiewendetechnologien die eklatante Realität – das Fehlen einer Strategie zur Identifizierung und Quantifizierung anderer Lebenszyklusexternalitäten wie Abfall Entsorgung oder Umweltauswirkungen.

Die Energiewirtschaft, Regierungen und die Gesellschaft müssen die eingehenden Abfallmengen und die langfristigen Auswirkungen im Zusammenhang mit am Ende ihrer Lebensdauer befindlichen Solar-PVs noch vollständig verstehen. Wenn eine nachhaltige und zirkuläre Zukunft der bevorzugte Weg in die Zukunft ist, ist eine kontrollierte Entsorgung ausgedienter Module in zugelassenen Recycling-, Behandlungs- und Entsorgungsanlagen erforderlich.

Was auf dem Spiel steht: Solarabfall

Es wird erwartet, dass der kumulierte Solarabfall weltweit bis 78 rund 2050 Millionen Tonnen erreichen wird. Viele dieser Prognosen gehen jedoch von einer vollen Lebensdauer der Module von 25 bis 30 Jahren aus und berücksichtigen nicht den frühen Austausch, die schnelle Veralterung und die weit verbreitete vorzeitige Stilllegung durch Solarenergie Steuergutschriften, Entschädigungssätze, Installationspreise, Unwetter und die Rolle Chinas, die diese Zahlen letztendlich noch weiter nach oben treiben könnten. Abgesehen von attraktiven Steuersubventionen, die zu einem massiven und beispiellosen Solarwachstum geführt haben, hat sich die Umwandlungseffizienz von Modulen Jahr für Jahr verbessert, dank Fertigungsinnovationen in China, das den Solarmarkt dominiert und kontrolliert. In den USA wurde die Solarenergie als entscheidende Lösung zur Bekämpfung des Klimawandels, als attraktive Investition für Unternehmen und Investoren, die mit ihren ökologischen, sozialen und Governance-Zielen übereinstimmt, und als Arbeitsplatzbeschaffer präsentiert. 

Doch die drohenden Abfallmengen laufen einer Kreislaufwirtschaft zuwider und gefährden globale und nationale Nachhaltigkeitsziele. 

Das Sezieren eines Solar-Photovoltaik-(PV)-Moduls und das Verständnis seiner Anatomie offenbart ein hochintegriertes System, das die Demontage und das Recycling zu einem teuren, komplizierten und energie- und ressourcenintensiven Prozess macht. Die Zusammensetzung einer Platte umfasst Aluminium, Glas, komplexe Kunststoffe und eine Reihe von Metallen, darunter unter anderem Cadmium, Chrom, Blei, Selen und Silber, die unbehandelt und unbehandelt Böden verunreinigen und in Grundwassersysteme gelangen können. Aufgrund des Vorhandenseins von Schwermetallen und anderen Bestandteilen, die die behördlichen Toxizitätsschwellenwerte überschreiten, können ausgediente Platten als staatlich geregelter gefährlicher Abfall im Sinne des Resource Conservation and Recovery Act, dem Gesetz zur Behandlung gefährlicher Abfälle, eingestuft werden. Diese Klassifizierung bringt Solarmodule unter das gesamte Spektrum der Sonderabfallvorschriften der US-Umweltschutzbehörde und ist mit einer Vielzahl strenger regulatorischer Auflagen verbunden, die es teuer und mühsam machen, Module zum Recycling oder zur Entsorgung nach geltendem Recht zu klassifizieren, zu lagern, zu handhaben und zu transportieren.

Das Problem des Endes des Lebenszyklus spiegelt den Mangel an wirtschaftlich tragfähigen und nachhaltigen Optionen am Ende des Lebenszyklus wider, wobei die vorherrschenden Methoden Deponierung, Verbrennung oder „Spende“ (freiwilliges Recycling) an Sekundärmärkte sind, die die Last der Abfallbewirtschaftung auf die Entwicklung verlagern Volkswirtschaften. 

Die Komplexität des Solar-Recycling-Prozesses

Das Recycling von Solar-PVs ist sehr komplex und kann ein energie- und ressourcenintensiver Prozess sein, der eigene Abfälle und Emissionen erzeugt (Abbildung 1). Recyclingtechnologien, insbesondere in den USA, sind noch im Entstehen begriffen und kostenintensiv, was die endgültigen Entsorgungsoptionen auf Deponierung, Verbrennung und Export einschränkt – die bei weitem kostengünstigsten Wege. Aufgrund der Kennzeichnung als „gefährlicher Abfall“ verlangen die aktuellen Vorschriften, dass Alt-Solarmodule von qualifizierten Transportunternehmen und in zugelassenen Behandlungs-, Lager-, Entsorgungs- und Recyclinganlagen entsorgt werden. Angesichts der prognostizierten Mengen an Solarabfall ist es ungewiss, ob die bestehenden Sonderabfall- und Recyclinganlagen angesichts der langwierigen Genehmigungsfristen für Standort, Bau und Skalierung von Recyclinganlagen in den USA angemessen sind, um den Zustrom von Modulen zu bewältigen. 

Diese komplizierten regulatorischen Hindernisse, zusammen mit den direkten Kosten des Recyclings, fördern die Aufgabe, illegale Deponierung und Lagerung von Alt-Solarmodulen, während erschwinglichere Optionen entstehen. Obwohl genaue Zahlen aufgrund der falschen Einstufung von Modulen als Elektroschrott (Elektroschrott) oder andere Materialien, fehlender Nachverfolgungsmechanismen und fehlender Datentransparenz schwer zu erhalten sind, gehen Schätzungen davon aus, dass ~ 10 % der Solarmodule in den USA recycelt werden, und das ist es auch Es ist unklar, ob diese Zahl zu vollständigen oder teilweisen Recyclingergebnissen führt.

Obwohl die Solarrecyclingindustrie aufgrund geringer Konzentrationen wertvoller Materialien mit Herausforderungen wie unzureichenden Inputs, hohen Betriebskosten und geringer Rentabilität konfrontiert ist, besteht das Potenzial für einen starken Markt für Solarrecycling, wenn Infrastruktur- und Lieferkettenkooperationen zum Sammeln, Verarbeiten und Verkaufen bestehen verschiedene Komponenten. Keine dieser Vereinbarungen ist derzeit jedoch vorhanden. Auf der Grundlage von recyceltem, wiederverwendetem und wiedergewonnenem Silizium, Metallen und Materialien für Second-Life-Module und andere Anwendungen, die Wiederverwendungs-, Reparatur- und Wiederaufarbeitungs-Wertschöpfungsketten in der Solar-PV-Industrie formalisieren, sollten neue zirkuläre Geschäftsmodelle entwickelt und Sekundärmärkte etabliert werden. 

Quelle: Zusammengestellt aus verschiedenen Quellen von Rachel Meidl und Mathilde Saada.

Zukünftige Regulierungsmodelle in den USA

In den USA gibt es kein nationales Rahmenwerk für Alt-Solarabfälle, aber der kalifornischen Führung folgend prüft die EPA derzeit, ob Altmodule als „universeller Abfall“ reguliert werden sollten, eine Kategorie gefährlicher Abfälle, die gestrafft wird Vorschriften, die den Verwaltungsaufwand verringern und die Sammlung und das Recycling erleichtern sollen. Kalifornien ist der erste Staat, der ausgediente Solarmodule als universellen Abfall reguliert, und sein jüngstes Gesetz könnte als Modell für die zukünftige Entwicklung eines nationalen Rahmens für das Recycling von Solarabfällen und als Blaupause für andere Staaten dienen. Hawaii, North Carolina und Rhode Island erwägen auch Regeln für die Regulierung von Solarmodulen, um das Recycling zu fördern. Dieser Rahmen ist nicht nur für OECD-Länder von größter Bedeutung, sondern auch entscheidend für Entwicklungsländer, die ein beispielloses Solarwachstum erleben (z. B. China und Indien), da es in diesen Regionen der Welt an formellen Abfallentsorgungsnetzen, Recyclinginfrastruktur und Vorschriften mangelt . Mit dem Aufkommen der Solar-Recycling-Industrie und dem Eintritt zahlreicher Akteure auf den Markt wird eine der größten Herausforderungen darin bestehen, die Verantwortung für die riesige Menge an angesammeltem Waisenabfall zuzuweisen. 

Management auf Systemebene für eine Kreislaufwirtschaft

Recycling – oder die ordnungsgemäße Entsorgung von Gefahrstoffen, wenn Recycling nicht möglich ist – ist in der Tat ein wesentlicher Bestandteil einer Kreislaufwirtschaft. Zuallererst brauchen wir jedoch ermächtigende Vorschriften, die Anreize für die Sammlung und ordnungsgemäße Entsorgung von Solarabfällen schaffen. Dies kann dazu beitragen, Solarrecyclingkapazitäten aufzubauen, während Industrie und Sekundärmärkte als Teil einer umfassenden End-of-Life-Infrastruktur skalieren. Auch Investitionsanreize sollten in der Reihe von Lösungen berücksichtigt werden, um die Entwicklung der Solarrecyclingindustrie zu fördern. 

In der Eile, unsere Gesellschaft zu dekarbonisieren und zu elektrifizieren, wird die Abfallwirtschaft oft übersehen. Es gibt Möglichkeiten für die Entwicklung angemessener Methoden, die die Lebenszyklusauswirkungen von häufig ignorierten Faktoren von Solaranlagen wie Landnutzung, Verlust der biologischen Vielfalt, Umweltgerechtigkeit, Wassermanagement und globaler Transport über die gesamten Lieferketten hinweg berücksichtigen. Darüber hinaus können Technologien wie Blockchain große Impulse für eine transparente und nachvollziehbare Verwaltung von End-of-Life-Panels geben. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass wir Energiesysteme für die Wiederverwendung, Rückgewinnung, Wiederaufbereitung und das Recycling in der Gegenwart planen, vorbereiten und entwerfen, oder wir riskieren, in Zukunft neue ökologische, soziale und wirtschaftliche Belastungen zu schaffen.

Rachel A. Meidl, LP.D., CHMM, ist Fellow für Energie und Umwelt am Baker Institute-Center for Energy Studies der Rice University. Zuvor war sie stellvertretende stellvertretende Administratorin der Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration, einer Behörde des US-Verkehrsministeriums. 

Mathilde Saada ist Forschungsassistent am Center for Energy Studies am Baker Institute der Rice University und MA-Student im Master of Global Affairs der Rice University.