Silizium ist der Hauptbestandteil von gängigen Solarzellen. Bislang gibt es in Deutschland aber kein Verfahren, um das Halbmetall aus alten Modulen im industrielle wiederaufzubereiten. Nun hat ein Forschungsteam dafür eine Lösung gefunden und ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Silizium zu 100 Prozent recyceln lässt.
Silizium ist ein Stoff, der elementar wichtig ist, um Solarzellen herzustellen. Daher ist es umso ärgerlicher, dass das Halbmetall aus alten Modulen hierzulande bislang nicht recycelt wird. So landen in Deutschland jedes Jahr rund zehntausend Tonnen Silizium in Form von alten Fotovoltaik-Modulen auf dem Recyclingmarkt.
Ab 2029 wird dieser Wert vermutlich sogar bei hunderttausend Tonnen pro Jahr liegen. Bislang werden von den Alt-Modulen jedoch lediglich Aluminium, Glas und Kupfer recycelt. Nun hat ein Forschungsteam am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme, ISE, erstmals ein Verfahren entwickelt, mit dem sich das Silizium zu 100 Prozent wiederaufbereiten lässt.
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100 Prozent Wiederverwertung, geringerer Wirkungsgrad
So konnten die Forschenden gemeinsam mit dem Recycling-Unternehmen Reiling das Silizium alter Module erneut nutzbar machen, und zwar im industriellen Maßstab.
Dazu trennte und sammelte das Forschungsteam zunächst über einen maschinellen Aufbereitungsprozess die Solarzellenbruchstücke. In einem nächsten Schritt wurden dann die Bruchstücke von 0,1 bis einem Millimeter in einem Sortierverfahren von Glas und Kunststoff befreit.
Durch nasschemisches Ätzen war es möglich, weitere Bestandteile vom Silizium zu trennen und am Ende bereinigtes Silizium zu erhalten. Dieses wiederum verarbeitete das Team zu Wafern, mit denen es dann neue PERC-Solarzellen herstellen konnte.
Die neuen Zellen bestanden demnach zu 100 Prozent aus recyceltem Silizium. Allerdings: Der Wirkungsgrad war mit 19,7 Prozent etwas geringer als bei neuen PERC-Zellen. Hier liegt der Wirkungsgrad bei 22,2 Prozent. Das sei dennoch besser als der Wirkungsgrad aussortierter Module, sagt Projektleiter Peter Dold.
Positiv ist aber, dass es möglich war, sämtliche Fotovoltaik-Zellen, unabhängig von Hersteller und Herkunft, zu recyceln. Diese Skalierbarkeit ist wichtig. Andernfalls wäre es zu aufwändig und zu teuer, Silizium zu recyceln.
Silizium recyceln: Verfahren kommt zur richtigen Zeit
Das Verfahren kommt genau zur richtigen Zeit. Denn ab 2029 erwarten Expert:innen eine größere Entsorgungswelle von Modulen. Das liegt daran, dass zu diesem Zeitpunkt die 20-jährige Einspeisevergütung der ersten Solarzellen-Welle von 2009 bis 2011 endet.
„Es müssen daher im Vorfeld vernünftige Prozesse und Verfahren zur Rückgewinnung des Siliziums aus ausgedienten Modulen aufgebaut werden“, sagt Andreas Bett, Institutsleiter am Fraunhofer ISE. Mit dem ISE-Prozess könnten entsprechend zahlreiche alte Fotovoltaik-Module erneut in den Energiekreislauf geschickt werden.
2021 lag die Menge von installierten Modulen in Deutschland bei rund fünf Millionen Tonnen. Der Silizium-Anteil lag bei 150.000 Tonnen. Ein Recycling-Verfahren für das Halbmetall würde damit Kosten und Ressourcen sparen.
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