Angesichts der aktuellen Energiepreisentwicklung werden Photovoltaik-Anlagen für Privatpersonen aber auch für Unternehmen immer attraktiver und lukrativer. Eigenen Strom zu erzeugen und damit nachhaltige Energie zu verwenden, ist nicht nur aus finanziellen Gründen ein Gebot unserer Zeit. Doch was tun, wenn die Produktlebenszeit der Photovoltaik-Anlagen am Ende ist? Welche Herausforderungen gibt es beim Recycling von PV-Modulen? Und: Welche Verfahren machen wirtschaftlich und umwelttechnisch Sinn?
100 Jahre Sonne tanken
Der 19-jährige Alexandre Edmond Becquerel entdeckte durch Zufall den photoelektrischen Effekt, der im Jahr 1921 von Albert Einstein physikalisch erklärt wurde. Somit war der Grundstein für die Photovoltaik-Technologie gelegt. Zum Einsatz kam diese Technologie erstmals – nach langer Forschung – 1958. Ein mit Solarzellen ausgestatteter Satellit wurde ins All geschickt. In den 80ern kam die Photovoltaik zurück auf die Erde und wurde für die private Stromerzeugung weiterentwickelt.
Im Laufe der Zeit wurden die Preise für Photovoltaik-Anlagen unter anderem durch entsprechende Förderungen der öffentlichen Hand immer erschwinglicher. Allein in Niederösterreich können derzeit über 600 MWp (Mega-Watt-Peak) erzielt werden. Dieser Wert muss aufgrund von Klimaschutzzielen der #mission2030 bis zum Jahr 2030 auf 3000 MWp steigen. Das Ziel der österreichischen Bundesregierung ist es, den nationalen Stromverbrauch zu 100 % aus erneuerbaren Energien zu beziehen.
Soweit so gut. Allerdings haben Photovoltaik-Anlagen auch ein „Ablaufdatum“. Wie so oft haben sich die Entwickler einer neuen Technologie auch beim PV-Thema wenig Gedanken über das Recycling von defekten oder nicht mehr effizienten PV-Modulen gemacht. Doch auch PV-Anlagen haben nur eine begrenzte Produktlebensdauer. Die logische Konsequenz sind wachsende PV-Schrottberge in den europäischen Abfall-Sammelzentren. Ein Problem, dessen sich die Müller-Guttenbrunn Gruppe angenommen hat und dazu in den vergangenen Jahren einige Recyclingideen entwickelt wurden. Wenn es also um ausgediente PV-Paneele geht, ist MGG wieder einmal Technologie-Vorreiter in Österreich.
Wie können PV-Anlagen kaputtgehen?
Ein Photovoltaik-System ist grundsätzlich robust gebaut, da es Temperaturschwankungen von -20 °C bis +90 °C standhalten muss. Nur wenige Ereignisse können die Module zerstören, wie beispielsweise große Hagelkörner, die das Glas beschädigen. Der Hauptgrund, warum PV-Paneele im Abfall landen, liegt aber zumeist im Effizienzbereich, denn immer öfter werden alte, noch funktionstüchtige Platten von neuen und leistungsstärkeren Paneelen abgelöst. Dazu kommt, dass die Leistung eines PV-Moduls nach 20 Jahren nur noch bei etwa 80 % liegt. Daher machen stärkere Anlagen – aktuell mit circa 320 Watt Peak – für den Konsumenten mehr Sinn.
Der Miura-Shredder zerkleinert die Photovoltaik-Elemente
Die erste Herausforderung bei der Entsorgung von PV-Anlagen liegt darin, sie zu demontieren. Auch defekte Paneele können in vielen Fällen – falls die Leitungen noch funktionieren – weiterhin Spannung produzieren und Elektrizität abgeben. Der Großteil der Platten hat zwar einen nicht leitenden Aluminium-Rahmen, Vorsicht ist dennoch geboten. Um die Platten gefahrlos zu transportieren, müssen sie abgedunkelt und eingewickelt werden. Weiters kommen sie in zusätzliche Deckelmulden, damit sie bis zum direkten Recycling-Prozess keiner Sonnenstrahlung mehr ausgesetzt sind.
Zerkleinert werden die PV-Platten bei MGG Metran. Per Radlader kommt der Schrott in den Miura-Shredder. In zwei ineinandergreifenden Walzen rattern die Paneele durch den Shredder und werden in handtellergroße Teile auseinandergerissen. Sobald die PV-Anlage vom Shredder zerteilt wurde, fließt kein Strom mehr und somit besteht keine Gefahr bei der Weiterverarbeitung des Materials.
Ein bis zu diesem Zeitpunkt durchaus komplexer Prozess. Metran-Geschäftsführer Gunther Panowitz denkt deshalb bereits über neue Alternativen nach: „Wir überlegen, direkt vor Ort in den Sammelstellen zu recyceln. Dadurch würden wir uns die langen Abdunkelungs-Phasen sparen. Damit sich das rentiert, brauchen wir aber noch größere Mengen an PV-Abfällen.“
Zwei Technologien – ein Mittelweg
Im Grunde besteht ein PV-Modul aus ungefähr 60 % Glas mit Silizium, 10 % Aluminium und 30 % sonstigen Teilen wie Trägermaterialien oder weichem Kunststoff, der die Dehnung der Temperaturschwankungen ausgleicht. Die Kunststoff-Teilchen – auch „non target plastics“ – können nur noch thermisch recycelt werden.
Für Metran steht am Ende des Tages aber auch eine entsprechende Wirtschaftlichkeit im Fokus. Photovoltaik-Paneele haben zwar ein großes Volumen jedoch wenig Masse. Deshalb werden mit den Metran-Separieranlagen zuerst alle großen Metallstücke wie Aluminium gewonnen.
Neben dem Aluminium sind die wirklich interessanten Elemente, die aus dem Glas geschöpft werden können unter anderem Kupfer, Zinn, Blei und Silber, welche in Form von kleinen Drähten im Glas eingebunden sind.
Nach dem Shreddern sind die PV-Teile cirka handtellergroß und führen keinen Strom mehr.
Derzeit wendet man bei Müller-Guttenbrunn zwei verschiedene Technologien an, um diese wertvollen Stoffe aus dem geschredderten Material zu gewinnen:
Einerseits werden die handgroßen Glasstücke weiter zu Glasbröseln zerkleinert, woraus Schaumglas, Glasperlen oder Flachglas hergestellt werden kann. Bei dieser Methode liegt der Fokus nicht auf den im Glas integrierten Drähten und dadurch bleiben Silizium und Metall-Rückstände im transparenten Feststoff enthalten. Dieses geschredderte Glas ist nicht zu 100 % rein und daher leidet die Stabilität und in der Weiterverarbeitung kann kein erstklassiges Glas wieder hergestellt werden. Für die Erzeugung minderwertiger Glasprodukte ist es jedoch ausreichend.
Um die Recyclingtiefe zu erhöhen, wird das PV-Glas mittels einer Hammermühle noch weiter zerkleinert und in Pulverform gemahlen. Anschließend kann man die Rohstoffe heraus sieben. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der Gewinnung der Edel- und Halbedelmetalle wie Kupfer und Silber sowie den anderen Drähtchen – hauptsächlich aus Blei und Zinn. Grundsätzlich ist das Glas noch schmelzbar, allerdings gibt es am Sekundärmarkt für dieses Endprodukt nur wenige Abnehmer.
„Wir haben vor gut einem Jahr mit kleinen Mengen begonnen, diese beiden Technologien zu testen. Dabei haben wir uns die Frage gestellt, welche Methode am besten zu uns passt und auf welches Endprodukt wir uns konzentrieren wollen. Obwohl die gelieferten Chargen von recycelbaren Photovoltaik-Modulen stetig steigen, ist die PV-Thematik bei uns aufgrund der geringen Mengen – derzeit cirka 20 Tonnen pro Monat – nur ein Randthema. Wir rechnen allerdings damit, dass sich in Zukunft die ausgedienten Module häufen werden. Dann sind wir auch bereit, weiter zu investieren und diese spezielle Abfallfraktion zu recyceln“, berichtet Panowitz.
Die geshredderten Fraktionen werden so lange gesammelt, bis größere Mengen an PV-Schrott zur wirtschaftlich sinnvollen Weiterverarbeitung beisammen sind.
Pioniere haben es nicht leicht!
Österreichweit hat die Müller-Guttenbrunn Gruppe beim Recycling-Prozess der PV-Module wieder einmal eine Vorreiterrolle eingenommen. „Einerseits ist das gut, da wir uns damit einen Namen machen, jedoch erzielen wir nur langsam Fortschritte bei der Entwicklung der Technologien. Außerdem gibt es kaum Austausch mit Photovoltaik-Herstellern, da diese hauptsächlich aus China kommen und wir mit einer Sprachbarriere konfrontiert sind. In Deutschland werden Photovoltaik-Anlagen zwar schon recycelt, aber ebenfalls nur im kleinen Stil und noch dazu mit einem chemisch-lösungsmittelbasierten Ansatz. Hier brauchen wir aber andere Technologien“, so Panowitz.
Innovationsmanager Daniel Forstner ergänzt freudig: „Wir sind gerade dabei, unseren Recycling-Prozess zu zertifizieren. Sobald wir das Cenelec-Zertifikat [Anmerkung: eine Zertifizierung des Europäischen Komitees für elektronische Normung] erhalten, können wir unseren Kunden schwarz auf weiß unseren technologischen Standard belegen. Dieser Schritt erleichtert uns das Marketing und der Kunde weiß, dass wir ihm die gewünschte Qualität garantieren können und seine Anforderungen erfüllen werden. Neben den Anwendungsbereichen Elektrogroß- und Elektrokleingeräte sowie den Flachbildschirmen wäre dies unser viertes Cenelec Zertifikat.“
Unterm Strich ist Müller-Guttenbrunn bereit für den erwarteten Anstieg des Photovoltaik-Schrotts. Wenn man von einer durchschnittlichen Produktlebensdauer von 20 Jahren ausgeht, werden in den nächsten Jahren immer mehr Module durch den Miura-Shredder krachen. Wichtig wäre aber vor allem, dass auch die PV-Produzenten das Thema Recycling in ihre Produktentwicklung intensiver einfließen lassen. Denn nur so kann am Ende des Tages eine ordentliche und nachhaltige Kreislaufwirtschaft funktionieren.