Recycling in der Photovoltaik

01. Dezember 2010, Bauzentrum München

Nachbericht

Recycling in der Photovoltaik

Die ersten nennenswerten Installationen von Photovoltaikanlagen gab es Anfang der neunziger Jahre. Bei einer Lebensdauer von 25 Jahren kommen demnach die ersten ausgedienten Photovoltaikmodule „End-of-Life (EoL) Module" in 2015 auf den Recyclingmarkt. Bis dahin möchte auch die europäische Organisation PV-CYCLE ein Rücknahme- und Recyclingprogramm entwickelt haben. Der Industrieverband, der schon über 100 Teilnehmer vertritt und somit rund 90% der produzierenden europäischen Solarunternehmen repräsentiert, demonstriert damit Eigenverantwortung der Industrie. Er nutzt die Möglichkeit, zeitgerecht ein funktionierendes Rücknahmesystem zu etablieren bevor große Mengen an Altmodulen zum Recyceln anfallen. Entwicklungsbedarf gibt es bei den Trennverfahren, um wertvolle Rohstoffe wie u. a. Kupfer, Aluminium, Silber, seltene Erden und Glas mit hoher Reinheit zurückgewinnen zu können. Eine große Herausforderung stellt die Logistik dar, die den Materialtransport zwischen den Standorten der rückgebauten Anlagen und den Sammelstellen und Recyclinganlagen gewährleistet. Ziel ist es eine Kreislaufwirtschaft in Gang zu bringen, die zukünftigen Rohstoffengpässen entgegenwirkt und das Recycling wirtschaftlich macht. Durch den Einsatz rückgewonnener Rohstoffe kann auch Energie eingespart werden. Dadurch wird auch die Emission von Treibhausgasen reduziert, was sich positiv auf die Ökobilanz und die Energierückgewinnungszeiten auswirkt. Dabei handelt es sich um die Zeit, die ein Photovoltaik-Modul benötigt, um genau die Energie zu erzeugen, die seine Produktion verbraucht hat.
165 Teilnehmer aus Wirtschaft, Wissenschaft, Verbänden sowie Regierungsvertretern diskutierten auf dem ausgebuchten Cluster-Forum am 1. Dezember im Bauzentrum in München diese aktuellen Themen und deren Umsetzung.
Roland Gräbel, Leiter des Bauzentrums in München eröffnete das Cluster-Forum und betonte die gute Zusammensetzung der Teilnehmer aus den unterschiedlichen Branchen, die sich auf dem Cluster-Forum zusammengefunden haben.
Professor Dr. Josef Nassauer, Geschäftsführer der Bayern Innovativ GmbH führte in die Thematik ein und stellte die Bayern Innovativ und Ihre Netzwerke und Themenfelder wie Energie, Logistik und Umwelt vor. Gerade das neue Themenfeld Recycling in der Photovoltaik zeigt, wie wichtig es ist, gezielt Teilnehmer aus unterschiedlichen Branchen zu neuen Wertschöpfungsketten zusammenzubringen, um Kooperationen anzustoßen. Die Photovoltaik-Branche stellte mit rund 50% den Löwenanteil der Teilnehmer, vom Siliziumhersteller bis zum Modulproduzenten. 14% der Teilnehmer kamen aus der Recycling-Branche und 5% aus der Logistik. Bei einer derartigen Zusammensetzung ist es Erfolg versprechend, aktuelle Entwicklungen zu Recyclingverfahren, Qualitätssicherung, Logistik oder auch rechtlichen Rahmenbedingungen zu diskutieren und Lösungsansätze aufzuzeigen.

Der nachfolgende Text ist wie folgt gegliedert:

Recyclingprogramme, rechtliche Rahmenbedingungen und Ökobilanz

Dr. Karsten Wambach, Präsident von PV CYCLE erläuterte die Zielsetzung und Umsetzung von PV CYCLE. Dies ist ein Industrieverband für die Einführung eines freiwilligen Rücknahmesystems von Photovoltaik-Modulen in Europa. PV CYCLE ist in 2007 von Photovoltaikherstellern gegründet worden und betreibt seit 2008 ein Büro in Brüssel. Bis 2015 möchte PV CYCLE ein funktionierendes Rücknahmesystem aufgebaut haben um die dann stetig zunehmende Recyclingmenge an ausgedienten Modulen in eine Kreislaufwirtschaft zu überführen. Mittlerweile hat PV CYCLE 183 Sammelstellen in Europa eingerichtet wovon 77 von PV CYCLE zertifiziert sind. Diese Sammelstellen tragen auch das PV CYCLE Logo und verfügen über Recyclingbehälter die unterschiedliche Photovoltaik-Module aufnehmen können. Wichtig wird sein, die unterschiedlichen Technologien zu trennen, da sie unterschiedliche Recyclingverfahren durchlaufen müssen. Die ersten Aktivitäten sind bereits angelaufen und 27 Tonnen wurden in den ersten drei Monaten diesen Jahres eingesammelt und einem Recyclingprozess unterzogen. Weitere 210 Tonnen sind angemeldet. Eine der großen Herausforderungen für PV CYCLE wird sein die Öffentlichkeitsarbeit auszubauen und die Unternehmen und Institutionen zu sensibilisieren so Wambach.

Knut Sander von der Ökopol GmbH aus Hamburg ein Institut für Ökologie und Politik referierte über rechtliche Rahmenbedingungen der Rücknahme von Photovoltaikmodulen in der EU. In seinem Beitrag fasste Sander die neuen abfallwirtschaftlichen Entwicklungen auf nationaler und europäischer Ebene zusammen und ging auf die Entsorgungskette wie Sammlung und Transport von Abfällen und auf die neuen Entwicklungen auf europäischer Ebene im Kontext des Europäischen Abfallverzeichnisses ein. Im Zusammenhang mit der Behandlung von PV-Altmodulen zeichnen sich derzeit keine spezifischen Anforderungen durch Regelungen auf Europäischer Ebene ab. Die aktuellen Entwicklungen im Zusammenhang mit der Diskussion um die Europäischen Elektronikschrott-Richtlinien WEEE und RoHS sind wichtige Kriterien für PV CYCLE. Die WEEE (Entsorgung mit Elektro- und Elektronik-Altgeräten) erfasst nur EoL-Module. Das Potenzial der Produktionsabfälle und Module aus Logistik- und Montageschäden bleibt ungenutzt.

Jürgen Beckmann vom Bayerischen Landesamt für Umwelt (LfU) ist zuständig bei der LfU für das Elektro- und Elektronikgerätegesetz. Er stellte die Entsorgung von Photovoltaik-Anlagen aus Sicht des Landesamtes vor. Die LfU begrüßt und unterstützt die Aktivitäten von PV CYCLE. Eine Aufnahme der Photovoltaik-Anlagen in Anwendungsbereiche der Europäischen Elektronikschrott-Richtlinien WEEE wird überwiegend kritisch gesehen. Als Alternative empfiehlt die LfU eine eigene EU-Vorgabe für Photovoltaik-Abfall. Aktuell gibt es wenig eigene Kenntnisse wo und wie Altmodule tatsächlich in Deutschland entsorgt werden. Neue Recyclinganlagen mit Standorten in Bayern sind wegen der zukünftig zu erwartenden hohen Abfallmenge wünschenswert und notwendig so Beckmann.

Michael Held vom Fraunhofer Institut für Bauphysik (IBP) aus Stuttgart stellte den Teilnehmern die Ökobilanz von Photovoltaikanlagen vor. Unter Ökobilanz wird die Zusammenstellung und Beurteilung der Input- und Outputflüsse und der potenziellen Umweltwirkungen eines Produktsystems im Verlauf seines Lebensweges verstanden. Das Fraunhofer IBP sowie der Lehrstuhl für Bauphysik mit der Abteilung „Ganzheitliche Bilanzierung" an der Universität Stuttgart kann auf viel Erfahrungen bei den Untersuchungen von Ökobilanzen zurückgreifen, die aus früheren Arbeiten im Automotive Sektor stammen. Die immer kürzer werdenden Energierückgewinnungszeiten (Energy Payback Time kurz EPBT) sowie die sich verbesserten Umweltprofile von Photovoltaikanlagen weisen klare Vorteile der Photovoltaik im Vergleich zu fossilen Stromerzeugungstechnologien auf. Die Ökobilanz von Photovoltaik-Systemen erfordert jedoch eine regelmäßige Aktualisierung der Sachbilanzdaten da die EPBT und die Umweltprofile stark von den system- und standortspezifischen Rahmenbedingungen abhängen. Noch nicht berücksichtigt wird bei der Ökobilanz die Toxizität von eingesetzten Stoffen und Materialien bei der Produktion von Photovoltaik-Modulen und deren Auswirkungen auf den Menschen.

Recyclingverfahren und Recycling von konkreten Photovoltaik-Anlagen

Dr. Sylke Schlenker, Marketing-Leiterin der Sunicon AG und Vertreterin der Solar World AG in der europäischen Organisation PV CYCLE referierte über die Recyclinganlage der Sunicon in Freiberg. Die Recyclinganlage erreicht für kristalline Photovoltaik-Module Recyclingraten von bis zu 95%. Mit ihrem nass-chemischen Aufarbeitungsprozess ist die SolarWorld-Tochter in der Lage, alle handelsüblichen kristallinen Solarzellentypen zu recyceln. Dabei werden die Zellen sowie der Siliziumbruch von der Oberflächenbeschichtung befreit, so dass am Ende reines Silizium zur Verfügung steht. Da die Solarzellen der verschiedenen Hersteller unterschiedliche Beschichtungen aufweisen, muss deren Behandlung auf das jeweilige Schichtsystem angepasst werden. Bei diesem Verfahren ist darauf zu achten, dass die Oberflächenstruktur der Siliziumscheiben nicht oder nur minimal verändert wird. Haben die Solarzellen den chemischen Reinigungsprozess durchlaufen, bleiben als Endergebnis reine Siliziumwafer zurück. Ein Wert erhaltendes Recycling ist somit heute schon umsetzbar, wobei die Mengenströme jetzt gebündelt werden müssen so Schlenker.

Professor Dr.-Ing. Gerd Becker von der Hochschule München stellte die Ergebnisse einer Recycling-Studie vor, die den Rückbau einer konkreten Freiflächenanlage beschreibt. Bei der Anlage handelt es sich um die Freiflächenanlage Helmeringen welche sich in der Nähe der Gemeinde Lauingen im Landkreis Dillingen an der Donau befindet. Die Freiflächenanlage besteht aus 138.648 Modulen (CdTe) von First Solar sowie zehn Wechselrichtern von SMA. Die Leistung des Solarkraftwerks beträgt ca. 10 MW. In der Photovoltaik-Anlage befinden sich erhebliche Mengen an Rohstoffen, die recycelt werden sollen und müssen. Für die Berechnungen wurde davon ausgegangen, dass die erzielbaren Verkaufserlöse ca. 25% der an der Börse gehandelten Rohstoffpreise betragen. Summiert ergeben die einzelnen Betrachtungspunkte Gesamtkosten des Rückbaus in Höhe von 322.000 €, inklusive Planungskosten. Alle Kosten und Erlöse beziehen sich auf die heutzutage erzielbaren Rohstoff-, Personal- und Maschinenkosten. Die Rücknahmegarantie der zu recycelnden Module durch den Hersteller sieht Professor Becker als gesichert an.

Professor Dr.-Ing. Wofgang Rommel, Geschäftsführer der bifa Umweltinstitut GmbH ging in seinem Beitrag besonders auf das hochwertige Recycling zur Gewinnung von Elementen für eine Kreislaufwirtschaft ein und betrachtete auch die unterschiedlichen Dünnschichttechnologien. Für den Wirtschaftsstandort Deutschland ist der Erhalt von Ressourcen und Rohstoffen von immenser Bedeutung, so Professor Rommel.
Wir führen in der Abfallwirtschaft/Sekundärrohstoffwirtschaft eine sehr umfassende Diskussion um die Ausbeutung bestehender alter Deponien, sind aber nicht in der Lage die aktuell zu erschließenden Materialien und Werkstoffe im Kreislauf zu halten. In Modulrückläufen und Modulabfallmaterialien sind wirtschaftliche Werte enthalten, die wir nutzen sollten, um hier Arbeitsplätze zu generieren und uns weniger abhängig von teilweise bedenklichen Rohstoffverfügbarkeiten zu machen. Bisherige Recyclingansätze sind im Vergleich zum Technologiestand der Module altertümlich. Durch den Ausbau neuer Recyclingverfahren für PV-Solarmodule können diese endgültig in einen nachhaltigen Produktzweig verwandelt werden. Für die Wiederverwertung von Dünnschichtmodulen stellte Professor Rommel das System von First Solar vor.
Die Module werden mittels eines Gabelstaplers in einen Schredder geladen und grob Zerkleinert. In der Hammermühle werden sie in 4-5mm große Stücke gebrochen. Die Abtrennung der Halbleiterschichten wird durch einen Laugungsprozess in einer Edelstahltrommel durchgeführt. Die anfängliche Zugabe von Schwefelsäure und die Zugabe von Wasserstoffperoxid während des Prozesses lösen die Schichten auf. Die Feststoffe werden über eine rotierende Schraube geleitet wobei die Flüssigkeit im Rüttelsieb zur Trennung von Glas und Kunststofffolie zurückbleibt. Viele Verfahrensansätze stellen noch für die enthaltenen Wertstoffe ein Downcycling dar, so Professor Rommel. Das anzustrebende Ziel muss eine möglichst hohe Reinheit sein.

Qualitätssicherung, Logistik und die Rolle des Handwerks

Ulrich Hoyer, Leiter des Photovoltaik-Prüflabors des ZAE-Bayern in Erlangen berichtete über Messmethoden und bildgebende Verfahren zur Qualitätssicherung und über Recycling von Organischen Solarzellen. Der Bedarf der Qualitätssicherung sowohl in der Produktion als auch nach der Installation wird mit wachsendem Markt immer größer. Dabei sind Messungen im Labor sowie auch unter realen Bedingungen von Interesse. Beides kann das Prüflabor des ZAE-Bayern mit seinen Wärmebildkameras leisten um fehlerhafte Solarzellen im Modul zu identifizieren. Elektrolumineszenzmessungen stellen eine kostengünstige Alternative zur Fehlererkennung dar und können Kristallisationsfehler in den Solarzellen, Zellbrüche und Mikrorissbildung detektieren. Auch Dünnschichtmodule können auf mechanische Störungen untersucht werden. Erfahrungen mit der Untersuchung von kommerziell erwerblichen Organischen Solarzellen konnte das Prüflabor bisher auch schon sammeln. Grundsätzlich steht dem Recycling solcher Zellen nichts im Wege, da Organische Solarzellen vorzugsweise auf flexiblen Folien aufgebracht werden und diese wiederverwertbar sind. Praxiserfahren sind allerdings bisher nicht bekannt.

Sascha Förster, Niederlassungsleiter der Becker Umweltdienste GmbH in Dresden berichtete über logistische Herausforderungen bei einem Rücknahmesystem für Photovoltaik-Anlagen. Eine klare Zielvorgaben und nachhaltige Unterstützung durch die Hersteller von Photovoltaikmodulen und Komponenten ist für die Umsetzung hochwertiger Recycling-Verfahren nötig. Der aktuelle geringe und zersplitterte Mengenstrom muss gebündelt werden, so Förster. Hersteller basierte Rücknahmesysteme die staatliche Unterstützung erfahren (z.B. durch Incentives) liefern höherwertige Ergebnisse, erfordern jedoch Neuinvestitionen. Die Becker Umweltdienste ist bereits im Recyclingprozess mit ihren Logistikdienstleistungen aktiv und möchte diese weiter ausbauen.

Jürgen Hinz von der Dachdeckerinnung München-Oberbayern stellte die aktuelle Entsorgung von Photovoltaik-Modulen aus Sichtweise des Handwerks dar. Schulungsmaßnahmen und Weiterbildungsmöglichkeiten für das Handwerk sieht Hinz als notwendig an. Auch bei der Ausbildung zum Solarfachmann (Solarteur) sollte das Recycling zukünftig behandelt werden.

In der abschließenden Diskussion waren sich die Referenten einig, das Recyclingprogramm von PV CYCLE spiegelt die Eigenverantwortung der Branche wieder und benötigt jetzt eine breite Öffentlichkeitsarbeit um sich zu etablieren.

Das Cluster-Forum machte deutlich, wie wichtig das aufgegriffene Thema für die Branche ist, und wie wichtig es ist, Vertreter aus allen Bereichen der Wertschöpfungskette auf einem Forum zusammenzuführen. Die hohe Teilnehmerzahl und die regen Diskussionen bestätigten dies. Eine Fachausstellung begleitete das Cluster-Forum und bot eine interessante Übersicht über Produzenten und Dienstleister aus der Photovoltaik- und der Recyclingbranche.

Ansprechpartner
Dr. Robert Bartl