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Donnerstag, 21. September 2017, Ausgabe Nr. 38

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Solar

Zweites Leben

Von Ariane Rüdiger | 8. September 2016 | Ausgabe 36

Beim Recycling von Photovoltaikmodulen geht bislang die wertvolle Halbleiterschicht verloren. Ein laserbasiertes Verfahren macht die Rohstoffe jetzt nutzbar.

w - Solarrecycling BU
Foto: First Solar

Dünnschichtsolarmodule werden vor allem für großflächige Photovoltaik-Kraftwerke eingesetzt.

Die Loser Holding ist ein klassisches Beispiel für einen Innovator aus dem Mittelstand. Das von Ulrich Loser als Spezialist für Papierchemie gegründete Unternehmen stieg später ins Wasserrecycling ein und entwickelte nun mit Ecolux ein Verfahren zum Recycling von Dünnschichtsolarzellen und -produktionsabfällen. „Anlass dazu war, dass uns jemand fragte, was man mit 600 t Kadmiumtelluridmodulen tun könnte, die nicht mehr gebraucht wurden und in einer Halle lagerten“, sagt Wasser- und Solarchemiker Wolfram Palitzsch, heute Prokurist und Cheftechnologe von Loser Chemie.

Mit viel Tüftelei fand Palitzsch eine biologisch abbaubare Chemikalie, Methansulfonsäure, die beliebig zusammengesetzte Solarschichten von Dünnschichtmodulen auflöst, so dass das Vorderglas direkt wieder in die Solarflachglasproduktion einfließen kann.

„In der Lösung sind die Halbleitermaterialien sehr viel höher konzentriert als bei anderen Lösungsmitteln“, erklärt Palitzsch. So gewinnt er mit dem Verfahren aus 45 t Dünnschichtsolarmodul-Abfällen, aufgearbeitet mit 500 l Lösung, knapp 1 kg Gallium, 9,1 kg Selen, 6,3 kg Molybdän und 3,7 kg Indium zurück. Das lohnt sich: Aktuell kostet Indium rund 350 €/kg, Gallium 225 €/kg, um nur zwei Beispiele zu nennen.

Foto: Grafik: VDI nachrichten 36/2016, Gudrun Schmidt/Quelle: Loser

Bei Dünnschichtsolarzellen liegt die photoaktive Schicht zwischen zwei Glasplatten (A). Laserlicht (B/C) erhitzt die Solarschicht (D), die dann aufbricht. Nach Behandlung mit Methansulfonsäure lassen sich die Glasplatten trennen (E). Das Glas lässt sich wiederverwerten, die Halbleitermaterialien aus der Lösung zurückgewinnen.

Um die Technologie auf vollständige Module anwenden zu können, musste man die vordere von der hinteren Glasscheibe der Module trennen, nachdem Rahmen, Stecker, Steckverbinder und Kabel abgebaut sind. Palitzsch und sein Team kamen auf die Idee, das Vorderseitenglas auf sehr spezifische Weise mit Laserlicht zu bestrahlen.

Das Frontglas eines Solarmoduls besteht aus metallfreiem, reinem Glas, damit die Lichtenergie ungestört zur Solarschicht durchkommt. Daher landet die gesamte Laserenergie in der Solarschicht. Das Vorder- und Rückseitenglas bleiben deshalb kühl, die Solarschicht erhitzt sich und bricht auf. Die Vorderscheibe lässt sich nun abheben. Das reine Vorderseiten- und das metallhaltige Rückseitenglas werden sodann mit der oben erwähnten Chemikalie behandelt.

„Als Ergebnis entsteht aus dem Vorderseitenglas eine saubere Glasscheibe, die direkt in die Fließglasproduktion weitergereicht werden kann“, erklärt Palitzsch. Die Flüssigkeit mit den gelösten Metallen wird an Spezialbetriebe geliefert, die die gesuchten Stoffe extrahieren. Sie werden an Loser zurückgeliefert und am Markt zu den Kilopreisen verkauft. Die EVA-Folie (Ethylenvinylacetat), die als Verkapselung der Solarzellschichten am Rückseitenglas haftet, wird mit einer Nadelwalze abgezogen, das Glas mit oder ohne Folie zum Glasrecycling gegeben.

Das Geheimnis des Verfahrens liegt darin, wie das Laserlicht auf die Solarschicht einstrahlt – also mit welchen Wellenlängen, welcher Energie und welchem Impulsmuster. Hier sieht Palitzsch weitere Möglichkeiten: „Wir arbeiten daran, auch die EVA-Folie durch Einkoppeln spezifischer Laserbestrahlung aufzulösen“, erklärt er. Dann wäre es möglich, auch kristalline Siliziummodule zu rezyklieren.

Das bisher entwickelte Verfahren funktioniert in kristallinen Modulen nicht, weil es keine durchgehende Solarschicht gibt, sondern die Siliziumwafer dort durch die EVA-Folie voneinander abgetrennt und durch Leiterbahnen verbunden werden. „Solarworld hatte für kristalline Module ein pyrolytisches Verfahren entwickelt, doch das ist mittlerweile wegen der gesunkenen Preise für Silizium nicht mehr rentabel und wurde vor zwei bis drei Jahren eingestellt“, weiß Palitzsch.

Bald will die Loser Holding, zu der neben Loser Chemie der Anlagenbauer Tesoma gehört, eine große Demonstrationsanlage im sachsen-anhaltischen Tangermünde errichten. „Wir gehen davon aus, dass wir noch im Herbst eine Baugenehmigung bekommen und dass die Anlage ab Ende des Jahres läuft“, sagt Palitzsch. Eine erste Pilotanlage in Langenweißbach bei Zwickau arbeitete bis Ende 2015.

Günstige Standorte für Recyclinganlagen auf Basis des Loser-Verfahrens wären in Nachbarschaft zu Solarkraftwerken oder Flachglaswerken. Repowering sorgt heute schon für Bedarf, denn viele Solaranlagen, anfangs mit 80-W-Modulen ausgerüstet, werden heute auf leistungsstärkere Module umgerüstet. Die Altmodule seien kaum noch vermarktbar und müssten daher rezykliert werden, so Palitzsch. Das Loser-Verfahren, 2015 mit dem sächsischen Umweltpreis prämiert, scheint gerade rechtzeitig zu kommen.

Loser Chemie denkt aber weiter: Auch die dünnen Schichten von Flüssigkristallbildschirmen lassen sich wohl mit Laser ablösen. Vielleicht lassen sich mit dem Lösemittel die seltenen Erden aus den Chips in Mobiltelefonen wiedergewinnen – ein potenziell lukratives Geschäft, für das aber noch Entwicklungsarbeit nötig ist.

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