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Reciclaje de paneles solares

Recuerda, panel, que arena eres y en arena te convertirás

Una de las grandes cuentos de los paneles solares y demás energías renovables es la promesa de un mundo mejor y sustentable. Para cumplir con ella, debemos analizar la sustentabilidad en todo el ciclo de vida de los paneles: desde la fabricación hasta el reciclaje de los paneles solares, también llamados módulos fotovoltaicos. A través de este artículo, puedes descubrir los diferentes métodos de reciclar módulos fotovoltaicos.

¿Cuáles son los países con la mejor cuota de reciclaje de paneles solares?

Actualmente, Japón, La Unión Europea y Estados Unidos de América se han dedicado al manejo de los desechos que provienen de los sistemas fotovoltaicos , catalogados como residuos eléctricos-electrónicos. Por ejemplo en la Unión Europea, la Directiva RAEE 2012/19/UE regula el reciclaje de paneles solares. Cabe mencionar que organizaciones com PV-Cycle están impulsando buenas prácticas en el manejo de residuos fotovoltaicos. Es por ello que se han implementado eficientes métodos para reciclar módulos fotovoltaicos.

El reciclaje de paneles solares en México

Hemos investigado si ya existe un proceso establecido de reciclaje de paneles solares en México. Para ello, hemos hablado con gente importante del sector fotovoltaico como el mismo gerente de la Asociación Mexicana de Energía Solar (Asolmex). Sin embargo, tenemos que admitir que hasta la fecha no hay un reciclaje sistematizado de estos paneles. Solamente Solarever, un fabricante mexicano de paneles solares, está recuperando los marcos de aluminio del panel solar.

Reciclaje de Módulos Fotovoltaicos Cristalinos

Existen diferentes tipos de paneles solares como los cristalinos y los paneles de capa delgada que se reciclan de manera diferente. Dado que la mayoría de los paneles instalados son cristalinos, vamos a presentar como se recicla este tipo de paneles. Para entenderlo mejor, sugiero que se familiaricen con los principales componentes de un panel solar.

Separación Física del Marco

Lo más sencillo, es separar el marco de aluminio del resto del panel. Algo que práctimente todas las fábricas de reciclaje están aplicando.

Delaminación de Módulos Fotovoltaicos Cristalinos

Este método consiste en la desintegración física de las láminas cristalinas del panel fotovoltaico. El proceso conlleva a un eficiente manejo de residuos, sin embargo existe el riesgo de que los materiales encontrados en el módulo fotovoltaico se mezclen con sustancias que impidan su recuperación. Además, existe riesgo de daño en las celdas solares.

Separación de Módulos Fotovoltaicos Cristalinos

 Thinner dissolution (Organic Chemistry)

El proceso incluye la disolución con ayuda de un agente químico. Esto provoca la extracción  de la hoja de vidrio de panel solar. También, es posible reutilizar los residuos químicos de la disolución. Por otro lado, este método resulta ser costoso a comparación de otros procesos, incluso demanda más tiempo para llevarse a cabo completamente. Además de que conlleva un riesgo para la salud humana.

Disolución de Ácido Nítrico

En este proceso se extrae completamente el encapsulante EVA y el metal de las láminas gracias a la presencia del ácido nítrico como principal compuesto químico en el proceso. Sin embargo, al ser un ácido altamente tóxico es posible que se emitan gases o líquidos peligrosos durante su uso, así como defectos en las celdas solares. Es por ello que se utiliza con extremo cuidado para evitar posibles daños durante el proceso.

Tratamiento Termal

Este proceso, además de eliminar por completo el encapsulante EVA, se recuperan las celdas solares. Sin embargo, en este proceso hay un consumo de energía alto.

Irradiación Ultrasónica

Este proceso es utilizado como suplente para acelerar el proceso de disolución. Aquí se extrae con mayor facilidad el encapsulante EVA, aunque es un proceso de alto costo y el tratamiento de manejo de residuos aún no es muy beneficioso ni organizado. 

Purificación de Materiales

En este método podemos clasificar de dos tipos:

  1. Hidrometalúrgico, el cual es comercialmente aplicable para la extracción de metales. Conlleva bajas emisiones de gases, además de ser controlables, y al implicar tratamiento con agua, ésto resulta ser de fácil manejo. Sin embargo, el proceso debe contar con especificaciones para llevarse a cabo, además de la correcta y suficiente tecnología.
  2. Pirometalúrgico, conocido por ser un proceso industrial donde se obtienen metales. A pesar de ser un método favorable, algunos materiales se pierden como residuos por lo que ya no beneficia su reutilización en algún otro proceso.

Recuperación de Plata

La plata representa un 6% en el costo final de la fabricación de los módulos fotovoltaicos, además de que contienen alrededor de 20 gramos de este material. El reciclaje de este metal es importante ya que resulta complicado extraerlo de las minas para su uso, o bien, producirlo a partir de diferentes procesos químicos. Además, conlleva un impacto negativo en el ambiente y un alto consumo energético en su manufactura. Es por ello que este metal se procura recuperar y de esta forma se reduce tanto el costo de los módulos fotovoltaicos, como su impacto ambiental durante la producción. Por ejemplo, empresas internacionales como Rosi Solar, establecida en Francia, se encarga de recuperar la plata y silicón mediante procesos químicos que permitan obtener, en este caso, la plata, en forma sólida para facilitar su uso futuro.

Separación de metales

El proceso comienza cuando los módulos fotovoltaicos cumplen su tiempo de vida, que como se sabe éste es de entre 25 y 30 años.

  1. Separación manual: Se extrae el marco de aluminio del panel manualmente de manera cuidadosa. Esto para evitar que se dañe o rompa, porque el marco se va a reciclar para darle una segunda vida. 
  2. Extracción y selección de residuos: Se tritura el resto del panel solar y se separan aquellos pedazos menores a 0.5 mm. Estos se reservan para el siguiente paso. Los demás pedazos cuyo tamaño es más grande se guardan en un contenedor para uso futuro ya sea en paneles fotovoltaicos o bien, para la fabricación de otros objetos.
  3. Detección de plata: Se sumergen éstos pedazos diminutos a ácido nítrico y cloruro de sodio por 2 horas para formar un sedimento bajo ésta mezcla de líquidos y se detecta un polvo blanco, el cual es la plata recuperada del proceso. Esta se recupera por medio de un papel filtro que separa la mezcla líquida de la plata (polvo blanco).

Un poco más acerca de los compuestos químicos utilizados

Ácido Nítrico

Por otro lado, el ácido nítrico es un líquido que se utiliza para detectar la plata en diferentes objetos. Es importante no mezclarlo con combustibles ya que es altamente tóxico. 

Cloruro de Sodio

Es un mineral utilizado para separar la plata de los objetos. Además es económico y fácil de conseguir. En cuanto a su toxicidad, ésta es baja mientras se utilice de forma correcta. No reacciona agresivamente con otros compuestos químicos.  Por otro lado, el ácido nítrico es un líquido que se utiliza para detectar la plata en diferentes objetos. Es importante no mezclarlo con combustibles ya que es altamente tóxico. 

Recuperación de vidrios y otros metales

First Solar se compromete a recuperar los módulos al término de su vida útil (25 años) y los transporta a su planta de reciclado. Se utiliza una trituradora que rompe los módulos en pedazos pequeños de aproximadamente 4-5 mm. Además, se asegura que la hoja posterior y los encapsulantes se trozaron completamente. La películas que cubren a los paneles se extraen colocándoles ácidos, garantizando que se separen correctamente dentro de un tanque de acero inoxidable. Se vacía el tanque de acero conforme se van separando los líquidos (ácidos) y vidrio de los metales triturados. El ácido junto con el vidrio se cristalizan. Una vez ya cristalizados, se enjuagan para eliminar cualquier residuo y se empaquetan para reciclaje.  Los metales resultantes se tratan en diversos procesos para concentrarlos y que se forme un filtrado metálico de calidad. 95% del material es utilizado para la fabricación de nuevos módulos fotovoltaicos. El 5% del material restante no está apto para utilizarse nuevamente por las condiciones en las está terminando el proceso

¿Y el vidrio reciclado?

90% del vidrio reciclado se utiliza para la fabricación de nuevos productos de vidrio. El 10% restante no fue posible recuperarlo y se perdió durante el proceso.  Además, 90% del peso de un módulo fotovoltaico es recuperado mediante reciclaje, en su mayoría es vidrio.

Sobre elementos químicos

95% del Telurio y Cadmio son los principales metales que se recuperan para su uso en paneles solares. Se utilizan por su gran capacidad de absorber luz solar y convertirla en electricidad

Más sobre Telurio

El Telurio se debe manejar con cuidado ya que forma vapores tóxicos si se calienta. Sin embargo, si se trabaja correctamente no causa daños físicos.

Más sobre Cadmio

El Cadmio es un metal altamente tóxico que si no se maneja adecuadamente, sus residuos producen contaminación ambiental e industrial. En el ser humano causa alteraciones en el sistema respiratorio, digestivo y renal

Reciclaje de láminas de silicio en paneles solares mono y policristalinos El objetivo prinicipal del proceso es recuperar las láminas de silicio y utilizarlas en nuevos paneles solares libres de plomo, uno de los principales contaminantes en los módulos fotovoltaicos.

  1. Calentamiento: Se calientan los paneles solares a 480ºC para liberar gases del encapsulante EVA y de la hoja trasera y así recuperar las celdas solares.
  2. Extracción de aluminio y plata: Ocurre sumergiendo la lámina de silicio en ácido nítrico por 5 minutos y posteriormente sumergirla en hidróxido de potasio por 8 minutos.
  3. Eliminación del nitruro de silicio: Esto se logra aplicando sobre las láminas de silicio una pasta hecha a base de ácido fosfórico por 2 minutos a 400ºC. Despúes, las láminas se sumergen en hidróxido de potasio nuevamente para retirar la capa superior de éstas mismas y darles una textura semejante a nuevos.
  4. Recuperación: Las láminas de silicio están listas para reutilizarse en paneles fotovoltaicos. 

Finalmente, se comienzan a armar los paneles solares, se soldan libres de plomo y para garantizar su bajo impacto ambiental.   

¿Qué es el ácido nítrico?

Es un líquido utilizado aquí para desprender la plata y el aluminio de las láminas. Es altamente tóxico y se debe manejar adecuadamente para evitar quemaduras o irritaciones en el cuerpo y en materiales. 

¿Por qué se utiliza el hidróxido de potasio?

por su capacidad de corrosión a metales. Es importante manejarlo con cuidado ya que reacciona fuerte si se junta con el ácido nítrico.

¿Y el ácido fosfórico?

Es un químico que se usa en este proceso para eliminar fácilmente el nitruro de silicio cuidando que las láminas no se dañen. Es necesario cuidar que no se queme el ácido por la temperatura a la que se está trabajando porque éste libera vapores tóxicos.

Separación térmica Este proceso consiste en la investigación experimental de reciclaje de paneles fotovoltaicos por el Instituto de Investigación de Tecnología Térmica de Corea.  El objetivo principal es recuperar el vidrio templado, el silicio policristalino y las celdas fotovoltaicas del panel para fabricar nuevos paneles solares.

  1. Separación líquida: Se separan el vidrio templado y las celdas fotovoltaicas del encapsulante EVA sumergiendo el panel solar con tolueno a 90ºC durante 2 días. 
  2. Calentamiento: Despúes, para asegurar que se desprendió completamente el encapsulante EVA y recuperar las celdas fotovoltaicas, se introducen éstas mismas celdas a un horno a 600ºC por 1 hora junto con Argón (gas). Se utiliza Argón por ser un gas que no emite gases contaminantes.
  3. Limpieza: Finalmente, para eliminar cualquier impureza en las celdas fotovoltaicas, éstas se sumergen en sustancias químicas por 60 minutos a 25ºC. 

Se recupera correctamente el silicio policristalino, vidrio templado y las celdas fotovoltaicas. Utilizados principalmente para la fabricación de nuevos módulos fotovoltaicos.

Encapsulante EVA

Recordemos que el encapsulante EVA es la lámina de plástico que adhiere las celdas solares al vidrio frontal y a la hoja posterior del panel.

Más acerca del tolueno

El tolueno es un líquido químico utilizado principalmente porque es económico, eficiente para remover éste encapsulante y no es tóxico mientras se utilice correctamente

Referencias

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