Un estudio denominado “Assessment of the energy recovery potential of waste Photovoltaic (PV) modules” publicado en Scientifics Reports afirma que los polímeros contenidos en los módulos fotovoltaicos de silicio cristalino (c-Si) de primera generación pueden contribuir positivamente a las tasas de reciclaje y a la economía circular. Uno de estos métodos de conversión termoquímica que resulta atractivo para esta aplicación es la pirólisis.
“Dado que los módulos fotovoltaicos de c-Si se componen de capas de vidrio, metal, semiconductor y polímero, la pirólisis tiene el potencial de no promover la oxidación química de ninguna de estas capas para ayudar a la deslaminación y, posteriormente, a la recuperación. En este caso, analizamos tanto los polímeros usados tomados de un módulo fotovoltaico deconstruido como los polímeros vírgenes antes de su fabricación para determinar si habían cambiado sus propiedades o su comportamiento térmico”, explica el grupo, formado por científicos de Reino Unido, Egipto y China. En concreto, ha evaluado el comportamiento de la pirólisis de las células fotovoltaicas y ha indicado el potencial de recuperación de energía dentro de los polímeros usados que se encuentran en los módulos fotovoltaicos c-Si.
El grupo afirma que, a la hora de informar sobre las consecuencias de la implantación masiva de renovables, se pasa por alto las consecuencias del tratamiento de residuos. “Un aspecto […] del que no se ha informado ampliamente, es el volumen de residuos fotovoltaicos debido a la limitada vida útil de estos módulos, que es de 25 a 30 años” (el artículo se basa en un estudio según el cual, los módulos fotovoltaicos llegan al final de su vida útil cuando la potencia total del módulo cae por debajo del 80% del valor inicial indicado en el momento de su fabricación). “Según un informe de la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) sobre la gestión del fin de la vida útil, se estima que para 2030 habrá entre 1,7 y 8 millones de toneladas de residuos de paneles fotovoltaicos en circulación, con un aumento drástico hasta 60-78 millones de toneladas para 2050”.
El EVA como encapsulante
El encapsulante EVA y el polímero de la lámina posterior representan el 6,55 y el 3,6% en peso de un módulo fotovoltaico, respectivamente, mientras que la mayor parte del 84% en peso está compuesta por el vidrio (74,16 % en peso) y el marco de aluminio (10,3% en peso). En general, el proceso de reciclaje de los módulos fotovoltaicos comienza con la retirada manual del marco de aluminio y de la caja de conexiones. Para el proceso de deslaminación, la eliminación del EVA es el primer paso. “La eliminación de la capa de EVA ha sido reconocida como uno de los pasos más difíciles en el reciclaje de los módulos fotovoltaicos de c-Si”, se lee en el estudio.
Los métodos que se emplean comúnmente para eliminar las capas de EVA son la disolución con ácido nítrico, los disolventes orgánicos, el reciclado por ondas de choque o la descomposición térmica; principalmente en forma de pirólisis debido a la ausencia de oxidación química o daños por quemaduras en las capas de vidrio, semiconductor y metal.
El estudio caracteriza los tipos de polímeros incluidos en los módulos fotovoltaicos c-Si comparando muestras delaminadas de células fotovoltaicas de acetato de vinilo de etileno usado (U-EVA) con acetato de vinilo de etileno de grado virgen (V-EVA) junto con la lámina posterior fotovoltaica usada (UB) con la lámina posterior de grado virgen (VB) para evaluar la viabilidad de su reciclaje para obtener valor calorífico mediante pirólisis. “El objetivo de este trabajo es identificar completamente los polímeros constituyentes de los módulos fotovoltaicos y cuantificar, por primera vez, el potencial de recuperación de energía de los polímeros antes de la construcción de los módulos fotovoltaicos y después de su envejecimiento en el campo, para informar la evaluación energética de las estrategias de reciclaje”, dicen los investigadores.
Reutilización directa e indirecta
Algunos investigadores afirman que el proceso de pirólisis podría contribuir positivamente a la tasa global de reciclaje de estos módulos mediante el reciclaje terciario, al transformar los polímeros residuales en una fuente potencial de combustible. Los productos y subproductos del proceso de pirólisis directa podrían tener un valor tanto medioambiental como económico si se considera que pueden utilizarse como combustible alternativo para ayudar a deslaminar otros módulos o utilizarse para aplicaciones adicionales y, por lo tanto, hacer que el proceso de reciclaje de estos módulos sea autosuficiente.
Los valores caloríficos de todos los polímeros contenidos en un módulo fotovoltaico c-Si se determinaron mediante calorimetría de bomba. El U-EVA y el V-EVA tuvieron valores caloríficos elevados similares (39,51 y 39,87 MJ.Kg-1, respectivamente). Esto es similar al valor calorífico del biodiésel y del gas natural (38,7 y 39,8 MJ.Kg-1, respectivamente) y ayuda a reforzar el argumento de que estos polímeros pueden someterse a un reciclado terciario (como la pirólisis) para crear una fuente de combustible que ayude a delaminar más módulos fotovoltaicos y contribuya positivamente a la economía circular y a las tasas generales de reciclado de estos módulos. También confirma que tanto el material envejecido como el de grado virgen son químicamente similares. “Curiosamente, el espectro del V-EVA es muy similar al de la muestra de U-EVA, lo que indica que tanto la capa de EVA retirada de la célula solar como la muestra de grado virgen (V-EVA) son similares”, dicen los autores del artículo.
Dado que los valores caloríficos obtenidos a partir de los experimentos […] queda claro, por lo tanto, que hay suficiente exceso de energía producida durante la pirólisis de EVA para completar la delaminación, con suficiente potencial de energía excedente que aún puede ser utilizado para otras aplicaciones o procesos.
Por tanto, el grupo concluye que “la energía potencial inherente a los polímeros usados de los módulos fotovoltaicos retirados o al final de su vida útil no solo puede tener valor energético, sino que también podría ayudar en la fase de deslaminación con resultados relativamente limpios en comparación con otros métodos químicos y mecánicos”.
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