¿Por qué los paneles solares se están convirtiendo en un problema para el ambiente?

Los paneles solares son una fuente de energía renovable cada vez más importante que jugará un papel esencial en la lucha contra el cambio climático. 

También son piezas complejas de tecnología que se convierten en piezas grandes y voluminosas de desechos electrónicos al final de sus vidas, y en este momento, la mayor parte del mundo no tiene un plan para lidiar con eso.

Pero necesitaremos desarrollar uno pronto, porque se acerca el exceso de desechos electrónicos solares. Para 2050, la Agencia Internacional de Energías Renovables proyecta que hasta 78 millones de toneladas métricas de paneles solares habrán llegado al final de su vida útil, y que el mundo generará alrededor de 6 millones de toneladas métricas de nuevos desechos electrónicos solares al año. 

Si bien el último número es una pequeña fracción del total de desechos electrónicos que la humanidad produce cada año, los métodos estándar de reciclaje de productos electrónicos no son suficientes para los paneles solares. 

Recuperar los materiales más valiosos de uno, incluida la plata y el silicio, requiere soluciones de reciclaje a medida. Y si no se desarrollan esas soluciones junto con políticas que apoyen su adopción generalizada, esto ocasionará grandes problemas.

“Si no exigimos el reciclaje, muchos de los módulos irán al vertedero”, dijo el investigador solar de la Universidad Estatal de Arizona, Meng Tao , quien recientemente escribió un artículo de revisión sobre el reciclaje de paneles solares de silicio, que comprenden el 95 por ciento del mercado solar.

Solución hoy, ¿problema después?

Los paneles solares están compuestos por células fotovoltaicas (PV) que convierten la luz solar en electricidad. Cuando estos paneles entran en los vertederos, se desperdician valiosos recursos. Y debido a que los paneles solares contienen materiales tóxicos como el plomo que pueden filtrarse a medida que se descomponen, los vertederos también crean nuevos peligros ambientales.

La mayoría de los fabricantes de energía solar afirman que sus paneles durarán unos 25 años, y el mundo no comenzó a implementar la energía solar de manera generalizada hasta principios de la década de 2000. 

Como resultado, hoy en día se está dando de baja una cantidad bastante pequeña de paneles solares. PV CYCLE , una organización sin fines de lucro dedicada a la recuperación y reciclaje de paneles solares, recolecta varios miles de toneladas de desechos electrónicos solares en toda la Unión Europea cada año, según el director Jan Clyncke.

Esa cifra incluye los paneles solares que han llegado al final de su vida útil, pero también los que se retiraron de servicio antes de tiempo porque sufrieron daños durante una tormenta, tuvieron algún tipo de defecto del fabricante o fueron reemplazados por un modelo más nuevo y eficiente.

Cuando los paneles solares llegan al final de su vida hoy, enfrentan algunos destinos posibles. Según la legislación de la UE , los productores deben asegurarse de que sus paneles solares se reciclan correctamente. 

En Japón, India y Australia, los requisitos de reciclaje están en proceso. En los Estados Unidos, es el Salvaje Oeste: con la excepción de una ley estatal en Washington, los EE. UU. No tienen ningún mandato de reciclaje solar. Los esfuerzos de reciclaje voluntarios liderados por la industria tienen un alcance limitado. 

“En este momento, estamos bastante seguros de que el número ronda el 10 por ciento de los paneles solares reciclados”, dijo Sam Vanderhoof, director ejecutivo de Recycle PV Solar, una de las únicas empresas estadounidenses dedicadas al reciclaje fotovoltaico. El resto, dice, va a rellenos sanitarios o se exporta al extranjero para su reutilización en países en desarrollo con protecciones ambientales débiles.

Incluso cuando ocurre el reciclaje, hay mucho margen de mejora. Un panel solar es esencialmente un sándwich electrónico. El relleno es una fina capa de células de silicio cristalino, que están aisladas y protegidas de los elementos en ambos lados por láminas de polímeros y vidrio. Todo se mantiene unido en un marco de aluminio. En la parte posterior del panel, una caja de conexiones contiene cableado de cobre que canaliza la electricidad a medida que se genera.

Los recicladores a menudo quitan el marco del panel y su caja de conexiones para recuperar el aluminio y el cobre, luego trituran el resto del módulo, incluidos el vidrio, los polímeros y las celdas de silicio, que se recubren con un electrodo de plata y se sueldan con estaño y plomo (debido a que la gran mayoría de esa mezcla en peso es vidrio, el producto resultante se considera un vidrio triturado impuro).

Tao y sus colegas estiman que un reciclador que desarme un panel de silicio estándar de 60 celdas puede obtener alrededor de $ 3 por el material recuperado: aluminio, cobre y vidrio. Vanderhoof, mientras tanto, dice que el costo de reciclar ese panel en los EE.UU oscila entre $ 12 y $ 25, después de los costos de transporte, que “a menudo equivalen al costo de reciclar”. 

Al mismo tiempo, en los estados que lo permitan “creemos que el gran punto ciego en los Estados Unidos para el reciclaje es que el costo supera con creces los ingresos”, dijo Meng. “Es del orden de una proporción de 10 a 1”.

Reciclaje eficiente

Si los componentes más valiosos de un panel solar, a saber, el silicio y la plata, pudieran separarse y purificarse de manera eficiente, eso podría mejorar la relación costo-ingresos. Un pequeño número de recicladores de energía solar fotovoltaica dedicados están tratando de hacer esto.

Veolia, que gestiona la única planta de reciclaje fotovoltaico de silicio a escala comercial del mundo en Francia, tritura y tritura paneles y luego utiliza una técnica óptica para recuperar silicio de baja pureza. 

Según Vanderhoof, Recycle PV Solar utilizó inicialmente un “proceso de calor y un proceso de molino de bolas” que podría recuperar más del 90 por ciento de los materiales presentes en un panel, incluida la plata y el silicio de baja pureza. Pero la compañía recibió recientemente algunos equipos nuevos de sus socios europeos que pueden hacer “más del 95 por ciento de recuperación”, dijo, mientras separa mucho mejor los materiales recuperados.

Algunos investigadores fotovoltaicos quieren hacerlo incluso mejor que eso. En otro artículo de revisión reciente, un equipo dirigido por científicos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable pide el desarrollo de nuevos procesos de reciclaje donde todos los metales y minerales se recuperen con alta pureza, con el objetivo de hacer que el reciclaje sea lo más económicamente viable y lo más beneficioso para el medio ambiente posible. 

Como explica el autor principal del estudio, Garvin Heath, tales procesos podrían incluir el uso de tratamientos térmicos o químicos para separar el vidrio de las células de silicio, seguido de la aplicación de otras técnicas químicas o eléctricas para separar y purificar el silicio y varios metales traza.

“Lo que pedimos es lo que llamamos un sistema de reciclaje integrado de alto valor”, dijo Heath a Grist. “Alto valor significa que queremos recuperar todos los materiales constituyentes que tienen valor de estos módulos. Integrado se refiere a un proceso de reciclaje que puede ir tras todos estos materiales y no tener que pasar en cascada de un reciclador a otro”.

Además de desarrollar mejores métodos de reciclaje, la industria solar debería pensar en cómo reutilizar los paneles siempre que sea posible, ya que es probable que los paneles solares usados ​​obtengan un precio más alto que los metales y minerales que contienen (y dado que la reutilización generalmente requiere menos energía que el reciclaje ). 

Como es el caso del reciclaje, la UE está a la vanguardia en esto: a través de su programa de modelos comerciales circulares para la industria de la energía solar, la Comisión Europea está financiando una serie de proyectos de demostración que muestran cómo se pueden reutilizar los paneles solares de tejados y granjas solares, incluso para alimentar estaciones de carga de bicicletas eléctricas en Berlín y complejos de viviendas en Bélgica.

Recycle PV Solar también recertifica y revende los paneles en buen estado que recibe, lo que, según Vanderhoof, ayuda a compensar el costo del reciclaje. 

Sin embargo, tanto a él como a Tao les preocupa que varios recicladores estadounidenses estén vendiendo paneles solares de segunda mano con bajo control de calidad en el extranjero a países en desarrollo. “Y esos países normalmente no tienen regulaciones para los desechos electrónicos”, dijo Tao. “Entonces, eventualmente, estás volcando tu problema en un país pobre”.

Para que la industria del reciclaje solar crezca de manera sostenible, en última instancia, necesitará políticas y regulaciones de apoyo. El modelo de la UE de hacer que los productores financien la recuperación y el reciclaje de paneles solares podría ser bueno para que Estados Unidos lo emule. Pero antes de que eso suceda, los legisladores estadounidenses deben reconocer que el problema existe y solo se agranda, razón por la cual Vanderhoof dedica mucho tiempo a educarlos.

“Tenemos que afrontar el hecho de que los paneles solares fallan con el tiempo, y hay muchos de ellos”, dijo. “¿Y qué hacemos cuando empiezan a fallar? No es correcto poner esa responsabilidad en el consumidor, y ahí es donde estamos ahora.