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科学家新视野-太阳能板废弃回收 与再利用技术观点

admin 快讯 2020-07-15 16 0

国际能源总署在《世界能源展望2019》报告中,预测2040年前全球能源需求将以每年1.3%的速度增长,其中以太阳能为首的低碳能源将占增长量的一半以上。近年因政府积极推动装设太阳能,至今年3月,总装置容量已累积达4.3GW,并以2025年总装置容量达20GW为目标。

然碍于生产工艺及材料品质缺陷,太阳能板的使用寿命有限,国际再生能源机构以25年使用年限评估报废趋势,预计全球至2043年,当年所产生之废旧太阳能板将会超过新装设数量,达到437.9GW,至2050年全球废旧太阳能板累计将达到91,262.6万吨。台湾因位处天然灾害高风险地区,环保署以使用寿命20年进行废旧量评估,预计2050年累积产生的废旧太阳能板高达161.4万吨。然而,无论欧盟或台湾,目前产业的产能都未能因应2050年所预估的太阳能板废弃量。

欧盟的太阳能发展起步较其他国家早,亦需较早面对处理废旧太阳能板的问题。因此欧盟2012年采用「生产者责任延伸」精神,将废旧太阳能板回收再处理原则规范于废电机电子设备指令中,现已达95%的回收率。2018年隶属欧盟的太阳能板循环组织也与威立雅环保集团合作,在法国设立全球第一家专门回收再处理太阳能板的工厂,至2021年最大产能可达年处理量4万吨。

台湾的回收处理体系则由环保署、经济部能源局、太阳光电产业协会联手推动。2019年起能源局循「生产者责任延伸」精神,向太阳能设备设置者预收每KW1,000元的回收处理费;环保署建立处理体系与稽核;太阳光电产业协会负责确保每一片太阳能板的模组序号符合案场设备登记,并安排符合清运与处理资格的业者回收处理。

但是,太阳能板若要「完全回收」,则需要充分利用太阳能板材料环境耐受性高的特性。太阳能板主要由玻璃、电池与导线、铝制背板与外框组成,各材质间以透光度高、可强化环境耐受性的塑胶薄膜胶合。现行商转的废弃太阳能板处理技术,因塑胶燃点低,以燃烧方式分解胶合层拆解太阳能板。然而这样的做法,不仅能耗大,亦造成材料损耗与空气污染。若过程中未完全去除塑胶薄膜,可能形成具环境毒性的氟碳化合物,污染其他回收物料,仅能「降级回收」与「垃圾减量」,未能迈向循环经济

因此,我们尝试复合多种物理方式拆解胶合层,因不同材料受到外力时,会有不同反应,故采用超音波降低不同材料之间的亲和力,拆解所有材料,并将胶合层的塑胶研磨成粉,透过磁吸、纯化程序,使原本被燃烧分解的塑胶,也可回收利用。此分离方法有高产率与低能耗特点,不仅可在太阳能板破碎的情况下分离材料,也已可完整取下玻璃重回产线再利用,即将着手开发自动化产线设备。

为提升太阳能板发电效率,表层材料多使用透光度高的超白玻璃,但若燃烧拆解太阳能板,会因碳化污染玻璃仅能降级使用,无法重制为太阳能板。未来使玻璃升级再制、回收主要的发电材料矽再制为「碳化矽」、纯化分离后的胶合层与金属使其可供产业再利用是太阳能板永续循环的关键。采用可以回收玻璃熔制的「槽型玻璃」,整合太阳能模组开发成「太阳能墙体建材」,取代现有砖造墙体,将是未来太阳能回收与再制技术发展,并将太阳能从平面设置进阶至立体化,改善用地短缺侷限,使得节能与创能并行的可行方向。

傅耀贤■国立台南大学绿色能源技术学系教授

洪嘉聪、刘眞诚■国立台南大学绿色能源技术学系硕士

CATCHPLAY+付费用户破百万 期许Q3获利

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