Riciclo, Sperimentale

LINEA DI ATTIVITÀ

LA4.4 LA4.5 LA4.6

Riciclo materiali dai pannelli a fine vita. Realizzazione prototipo da laboratorio e definizione di un processo di trattamento sostenibile dei pannelli e finalizzato al recupero dei materiali.

Strumento/i principale utilizzato per IEMAP

  • TG-DSC, Analisi elementare CHNS, bomba di Mahler (presso il C.R. Casaccia, Divisione USER).
  • Spettrofotometro ad emissione al plasma generato da microonde (MPAES) Agilent 4100 2 4210; spettrofotometro ad assorbimento atomico Shimadzu AA6300; cromatografo ionico Metrohm 883IC PLUS (presso il C.R. Casaccia, Divisione USER).
  • Impianto prototipale per il trattamento di rifiuti costituiti da pannelli fotovoltaici a fine vita basato su un brevetto ENEA-Betatech per il recupero dei principali materiali costituenti (Installato presso il  C.R. Casaccia, Divisione USER).
  • Microscopio confocale Raman LabRAM HR Evolution HORIBA, Spettrometro FTIR Thermo Scientific Nicolet iS50​, spettrometro FTIR portatile Agilent 4300, Strumentazione per analisi termica SDT Q600 TA Instruments, Diffrattometro a raggi X Empyrean PANALYTICAL (presso il C.R. Brindisi, Divisione PROMAS). 

Tipo di misure che sono possibili da realizzare in questo laboratorio, con questo strumento/i

  • Caratterizzazione morfologica, microstrutturale e composizionale dei materiali recuperati dai rifiuti costituiti da pannelli a fine vita (presso il C.R. Brindisi, Divisione PROMAS).
  • Analisi termochimiche per processi di valorizzazione delle frazione polimerica dei materiali recuperati dai rifiuti costituiti da pannelli a fine vita (presso il C.R. Casaccia, Divisione USER).
  • Caratterizzazione chimica per la valorizzazione della frazione inorganica dei materiali recuperati dai rifiuti costituiti dai pannelli a fine vita. 
  • L’analisi strumentale verrà utilizzata sia nella fase di caratterizzazione della matrice oggetto di studio (analisi qualitativa e quantitativa dei materiali di interesse ai fini del recupero e della valorizzazione) che per la valutazione dell’efficacia delle operazioni di separazione e purificazione. (presso il C.R. Casaccia, Divisione USER).

Applicazione (su quali materiali è stato utilizzato)
Caratterizzazione rifiuti costituiti dai pannelli a fine vita, ovvero prima del trattamento di delaminazione termo-meccanica nell’impianto prototipale, e dei materiali recuperati dopo il trattamento di recupero.

REFERENTE/I

Marco Tammaro CR ENEA Portici

P.le Enrico Fermi, 1, 80055 Portici

FIGURE CON RELATIVE DIDASCALIE ESAUSTIVE

Figura 1

Didascalia

Prototipo PROTEO. Impianto per il trattamento dei rifiuti costituiti dai pannelli fotovoltaici a fine vita finalizzato al recupero dei materiali mediante un processo a basso impatto ambientale.

Figura 2

Didascalia

Sezione di un campione di rifiuto di pannello al microscopio ottico.

Figura 2

Didascalia

Esempi di materiali recuperati dopo il trattamento di campioni di rifiuti costituiti da pannelli fotovoltaici a fine vita.

Risultati ottenuti

Per svolgere queste attività era stato previsto l’acquisto di strumentazione analitica e prototipale denominata:

  • Impianto Prototipale; 
  • Analizzatore emissioni gassose;
  • Spettrofotometro XRF.

A causa del ritardo nello stanziamento di quanto previsto, non è stato possibile procedere all’acquisto tempestivo di tale strumentazione, con il conseguente ritardo di parte delle attività programmate, per le quali è stata richiesta una proroga al M24. Tuttavia, al M24, è stato possibile solo l’acquisizione dell’impianto prototipale, avendo accumulato ritardo per l’acquisizione delle altre due strumentazioni a causa della complessità delle procedure d’appalto tuttora in corso.

Per la stesura delle specifiche tecniche del prototipo, è stata svolta l’analisi della letteratura tecnica e scientifica disponibile per verificare la fattibilità impiantistica di determinate scelte progettuali. E’ stata creato un gruppo di lavoro composto da ingegneri, chimici e tecnici che ha lavorato congiuntamente sul documento, interfacciandosi anche con operatori del settore al fine di individuare le soluzioni impiantistiche più idonee.

Il risultato di questo lavoro è contenuto nel deliverable D4.5 “Descrizione prototipo per il trattamento dei pannelli a fine vita in silicio cristallino e finalizzato al recupero dei materiali”. Terminata la stesura delle specifiche tecniche, si è provveduto ad avviare la procedura negoziata, secondo la normativa vigente, per l’assegnazione della realizzazione del prototipo. Questa è consistita in quattro step:

  1. Avviso di interesse per raccogliere potenziali adesioni da parte degli attori del settore.
  2. Gara aperta a coloro che hanno risposto all’avviso di interesse.
  3. Assegnazione dell’appalto e realizzazione dell’impianto.
  4. Fornitura e collaudo dell’impianto.

Tutte le suddette fasi, data la complessità dell’appalto, hanno visto il coinvolgimento di personale tecnico. Nel corso della realizzazione dell’impianto, ci sono stati riunioni settimanali con la ditta appaltatrice per discutere le varie soluzioni o criticità che si presentavano e quindi valutarne le relative soluzioni impiantistiche.

Dopo l’installazione, avvenuta nel C.R. Casaccia, è in corso di realizzazione un sistema di aspirazione a servizio dell’impianto.

Per quanto riguarda l’indagine preliminare sulla potenziale valorizzazione delle celle fotovoltaiche recuperate, si sono eseguiti dei primi test in laboratorio sul recupero di argento, sia sotto forma di ossido che come metallo puro. Questi primi test hanno fornito delle utili indicazioni per il prosieguo della sperimentazione nelle fasi successive del progetto.

Livello di innovazione

I pannelli fotovoltaici si sono molto diffusi grazie all’aumento dell’efficienza delle celle e della diminuzione dei costi di produzione. Però ogni MWp installato corrisponde, a fine vita, a circa 70-80 tonnellate di rifiuti da gestire. Inoltre la domanda crescente di materie prime per l’industria fotovoltaica rischia di aumentare la dipendenza dell’Italia, e dell’Europa, dall’importazione da paesi terzi.

Da qui, l’importanza del riciclo dei pannelli a fine vita. I metodi di riciclo attualmente adottati si possono suddividere in due categorie: termico e meccanico. In entrambi i casi possono essere seguiti da trattamenti chimici (etching) e/o meccanici di finitura per l’eventuale recupero di altri materiali (silicio, rame, argento, etc.). 

Nei trattamenti termici convenzionali si procede con un riscaldamento tra i 500 e i 600 °C, solitamente all’interno di fornaci con atmosfera controllata, per la distruzione completa dello strato di EVA. 

I processi meccanici consistono in una frantumazione, in genere suddivisa in due step, grossolana e fine. I processi di frantumazione richiedono un dispendio di materiali, in quando i martelli ed i coltelli utilizzati per la frantumazione presentano elevati gradi di consumo. 

Il processo proposto nella LA4.4 è basato su un metodo che si propone come alternativo ai processi termici e meccanici convenzionali. Il metodo proposto, che si basa su un brevetto di proprietà ENEA e Beta-Tech Srl, rispetto agli altri metodi ha il vantaggio di essere meno energivoro, meno impattante in termini di emissioni gassose ed infine consente di recuperare materiali (vedi backsheet ed EVA) in altri casi non recuperabili, in quanto non è un metodo distruttivo. Quindi i materiali recuperabili sono: vetro, backsheet, contatti elettrici, EVA, wafer, cornice di alluminio. Infine il metodo proposto, per la tipologia di adduzione del calore e la tecnica di rimozione degli strati, si mostra particolarmente adatto ad un’implementazione industriale con trattamento in continuo ed elevato grado di automazione. Nelle successive LA ci si concentrerà anche sulla valorizzazione del wafer.

Attività di divulgazione effettuate

  • Nell’ambito della sessione dell’Innovation Village 2023 “Tecnologie innovative per il riciclo di materie prime critiche da prodotti complessi a fine vita” tenutasi a Napoli il 10 maggio 2023 e curata da ENEA, sono state brevemente illustrate le attività tecniche in corso relative alla LA.  (https://innovationvillage.it).

Allegati

D4.4: Prototipo per il trattamento dei pannelli a fine vita in silicio cristallino e finalizzato al recupero dei materiali.

D4.5: Descrizione prototipo per il trattamento dei pannelli a fine vita in silicio cristallino e finalizzato al recupero dei materiali.