Forsker om fremtidens solceller: Forbyd bly, og gør solcellerne lettere at genanvende
I fremtiden kommer vi til at stå med flere ton solcelleaffald, som stadig har begrænsede genanvendelsesmuligheder.
bly_solceller_optimized

Det kan kun gå for langsomt med at få blylodninger ud af silicium-solceller, mener designforsker Lykke Margot Ricard. (Foto: Shutterstock)

Det kan kun gå for langsomt med at få blylodninger ud af silicium-solceller, mener designforsker Lykke Margot Ricard. (Foto: Shutterstock)

Solcelleparker skyder op i landskabet for at fortrænge de sorte energikilder som kul og olie. 

Det er en god nyhed for klimaet. Men i takt med, at flere bæredygtige energikilder produceres og bygges, er vi samtidig nødt til at forholde os til, hvad vi gør med de millioner ton affald fra solpaneler, når de har aftjent deres værnepligt.

Kigger vi i krystalkuglen, viser estimater for solcelleaffald, at man på verdensplan i 2050 kan stå med 78 millioner ton affald fra solceller, ifølge Det Internationale Agentur for Vedvarende Energi (IRENA).

Og i de næste 30 år kan vi i Danmark komme til at stå med 140.000 affald fra solceller, skriver Ingeniøren.

»Vind- og solenergi er vigtige i den grønne omstilling, derfor handler det om, at vi peger på affalds-udfordringen i tide,« lyder det fra lektor Lykke Margot Ricard, der forsker i bæredygtig innovation på Syddansk Universitet:

»Affaldet er måske ikke et problem, der er så stort lige nu, men det vokser eksponentielt og kan blive et miljøproblem i fremtiden, så vi skal allerede nu se på, hvad der kan opstå af udfordringer i fremtiden.«

solcelleaffald_videnskab.dk

Det Internationale Agentur for Vedvarende Energi (IRENA) estimerer, at vi i 2050 kan stå med flere million ton solcelleaffald på verdensplan, og derfor er vi allerede nu nødt til at forholde os til, hvordan vi designer solceller til genanvendelse, lyder det fra lektor Lykke Margot Ricard.

Hiv fat i grønne designprincipper

Lykke Margot Ricard peger på, at særligt tre designprincipper - også kaldet green engineering principles - bør blive de bærende bjælker i fremtidens solceller:

  1. Design til adskillelse: Større dele af solcellen skal hives fra hinanden, så det er muligt at bruge materialet til nye solceller. 
  2.  Undgå giftige tungmetaller i designfasen - også selvom det kun er i små mængder. 
  3. Vi skal skabe gode rammer for innovation, design og et cirkulært marked.

Kilde: Lykke Margot Ricard/Peer Reviewed: Design Through the 12 Principles of Green Engineering 

Svære at pille fra hinanden

Genanvendelse er en af nøglerne til at undgå udsigten til de mange bunker af solcelleskrot i fremtiden, påpeger Lykke Margot Ricard.

Tager vi fat i de mest udbredte solcellepaneler, silicium-solceller, er man i dag nået så langt, at omtrent 85 procent af materialet genanvendes. Derudover har de vist sig at være robuste med en garanteret levetid på op til 25-30 år. 

Men til trods for, at 85 procent lyder af meget, er der stadig flere udfordringer med at forvandle materialer fra udtjente solceller til nye solceller. 

Holdbarhed i dag blevet et af de parametre, som solcellerne bliver målt på, og paradoksalt nok er den gode holdbarhed også en af udfordringerne for genanvendelse, uddyber Lykke Margot Ricard.

Derfor skal man blive bedre til at tænke i adskillelse af solceller, så man kan genanvende dem i større dele - som en slags legoklodser.

Helt konkret gør den lim, der binder solcellen sammen og holder dem robuste overfor al slags vejr, at solcellerne er utrolig svære at skille ad i store elementer.

I dag fjerner man ledninger og genanvender aluminium fra rammerne, mens noget af det resterende materiale knuses ned og bruges i stålindustrien eller som vejfyld. Men langtfra det hele:

»Fordi det er så svært at skille solceller ad, når de har aftjent deres værnepligt, bliver meget af glasset sendt til nedknusning, og man står med sammenblandede rester, der består af en blanding af almindelige polymerer, uorpolymerer og de rester af bly, sølv og kobber, som ikke er blevet udskilt som led i nedknusningen.«

»Så man ender med blandede fraktioner, som ikke er meget værd, og som ikke kan genanvendes i nye solceller, fordi det faktisk bliver billigere for producenterne at købe nye materialer.«

solceller bæredygtige genanvendelige

En solcelle er sat sammen i flere dele, og blylodninger findes i en stor del af af silicium-solceller, ifølge Ingeniøren. Glas udgør langt størstedelen af en solcelle, mens for eksempel sølv og kobber udgør under 1 procent sammenlagt og findes i lodningerne, forklarer Lykke Margot Ricard. (Illustration: Research and development priorities for silicon photovoltaic module recycling to support a circular economy)

Skal skabes et marked for genanvendelse

Vi har altså stadig udfordringer med at bruge materialet fra skrottede solceller til at lave nye med - så hvordan gør man det nemmere i fremtiden?

»Hvis man fandt måder at opløse det utroligt stærke polymer-laminering, limen, mellem glas og solceller, så vil man kunne genanvende mere silicium og glas fra solcellen i hele og adskilte dele. På den måde kan man skabe et marked for at genbruge flere af de helstøbte materialer og til højere værdi,« vurderer Lykke Margot Ricard.

Flere studier (her og her) har ligeledes peget på, at der på globalt plan skal skabes en infrastruktur for genanvendelse, så virksomhederne kan se en forretning i at bruge materialerne fra udtjente solceller.

Selv om der arbejdes på sagen, kan det tage flere år at finde de rette løsninger, og derfor skal vi i gang nu, mener Lykke Margot Ricard. 

»Siliciumsolceller er designet til at være holdbare, men når vi taler om grøn omstilling, klima og naturens ressourcer, skal vi designe til bæredygtighed, undgå giftige materialer, såsom bly, bruge færre materialer og sørge for, at vi kan adskille materialerne efterfølgende, så de kan genbruges til en højere værdi end nedknusning giver.«

Solceller er udset- sammen med vindmøller - til at udgøre rygraden i den fremtidige danske energiproduktion, og en fremskrivning fra Energistyrelsen viser, at solcellekapaciteten vil vokse fra lidt over en gigawatt i dag til 5,1 gigawatt i 2025; det er lige så meget energi, som man forventer at få fra landvind. 

EU har afsat penge til en cirkulær solcelleøkonomi

EU har søsat et initiativ - Circular Business Models for the Solar Power Industry - som yder støtte flere projekter, som blandt andet afprøver, hvordan solpaneler fra hustage og solfarme kan genbruges. 

Det er for eksempel til at drive el-cykelladestationer i Berlin og boligkomplekser i Belgien. EU har ligeledes et direktiv fra 2012, som omhandler håndtering af affald fra elektrisk og elektronisk udstyr, som solcellemoduler hører under.

Kilde: Circusol & EU

Ud med tungmetaller

Brugen af tungmetallerne bly og cadmium i silicium-solceller er anden en udfordring, da tungmetallerne stadig bruges i omkring 80 procent af silicium-solceller.

Og det skal der også laves om på hurtigst muligt, mener Lykke Margot Ricard.

I dag har EU forbudt bly i alle elektronikprodukter med én undtagelse - nemlig solceller, hvor bly indgår i lodninger.

»Vi skriver 2021 i dag, så man kan spørge sig selv, om det virkelig er nødvendigt med den undtagelse? Bilindustrien er gået væk fra blylodninger i bilbatterierne, og hvis de kan, så burde det også være muligt med solceller.«

Så længe bly befinder sig i solcellen, er det ikke farligt for miljøet. Men håndteres solceller ikke korrekt i genanvendelse, er der en risiko for, at tungmetallet slipper ud som støvpartikler i luften ved nedknusning eller ryger ud i naturen.

Til trods for, at der forskes i alternativer til bly i solceller, er de miljøvenlige alternativer dyrere, og man er i tvivl om de er ligeså holdbare, som de traditionelle, forklarer Lykke Margot Ricard.

»Det er en barriere for den grønne omstilling, fordi det ikke ligefrem skubber på innovation og løsninger, når der stadig er et direktiv, der undtager solceller fra at skulle udfase brug af bly i lodninger.«

»Men ansvaret kan ikke udelukkende placeres hos producenterne. Det er også et EU-ansvar, for udfordringerne med affald kommer til at blive globale. Derfor er det også vigtigt, vi får fundet løsninger, så der kommer en fælles regulering på området og skubber på innovation,« siger lektoren. 

bly_solceller

Som de blå bjælker viser, ser der stadig ud til at være bly i over 30 procent af solcelle-lodningerne i år 2029. Og selvom det er godt, at udfasningen af bly er løbet i gang i silicium-solceller, går det for langsomt, i forhold til hvor hurtig den grønne omstilling tænkes at være, og der vil uanset være brug for andre solcelle-teknologier, mener Lykke Margot Ricard. (Kilde: International Technology Roadmap for Photovolatic)

Langt fra en cirkulær økonomi

Solceller er imidlertid kun ét eksempel på en grøn teknologi, der ikke produceres bæredygtigt nok. 

Professor Thomas Fruergaard Astrup forklarer, at affalds-problemet også omfatter vindmøllevinger - og desuden mange andre former for produktion af elektronik og byggemateriale, som er svært at genanvende.

»Man har en tendens til at glemme, at de her nye teknologier og grønne løsninger også skal indgå i et cirkulært kredsløb og designes på en måde, så de rent faktisk kan genanvendes i god kvalitet,« uddyber Thomas Fruergaard Astrup. 

Red Verden: Stort tema i gang


I en konstruktiv serie undersøger Videnskab.dk, hvordan mennesket kan redde verden, og hvordan vi hver især kan gøre en forskel hjemme fra sofaen.

Som en del af serien giver forskere gode råd, baseret på deres egen forskning.

Du kan få og give gode råd i vores Facebook-gruppe Red Verden.

I den bedste af alle verdener ville en udtjent vindmøllevinge eller mobiltelefon kunne skilles ad og materialet komme tilbage i så god kvalitet, at vi kan anvende det til at et produkt af samme type - altså øverst på en genanvendelsestige. 

Det er bare sjældent tilfældet. Og det betyder, at en udtjent vindmølle eller solcelle oftest knuses i små dele og ender som noget helt tredje, som for eksempel et vejværn.

Eller i helt grelle tilfælde på en losseplads - et deponi - for udtjente vinger, som man har set på Lolland. Altså laaangt nede på genanvendelsesstien.

»Selvom det er fint, at materialerne bliver genanvendt, er det ikke cirkulært på nogen måde. Vi skal stadig bruge nye råmaterialer til at lave solcellerne igen, som vi skulle før, og vi kan heller ikke bare lave nye vinger ud af de gamle,« forklarer Thomas Fruergaard Astrup.

»Der er ingen tvivl om, at vi er meget, meget langt fra en situation, hvor vi kan sikre en cirkulær anvendelse af de ressourcer, vi anvender. Det er ikke kun til vedvarende energi, men også på mange andre områder i samfundet,« fortsætter professoren. 

Du kan læse mere om udfordringerne med vindmøllevinger i boksen under artiklen her.

Efterspørgsel på råstoffer stiger

Flere studier - blandt andet et studie i tidsskriftet Science - beskriver, hvordan efterspørgslen på råstoffer til grønne teknologier såsom vindmøller, elbiler og solceller vil vokse betydeligt de næste par årtier.

Det inkluderer blandt andet råstoffer kobber, kobolt, nikkel og lithium. I studierne er fremskrivninger af, hvordan efterspørgslen på materialer som grafit, lithium og kobolt ventes at stige med over 500 procent frem mod 2050.

Udviklingen skal gå i to spor

Skal man for alvor skal skubbe på en cirkulær økonomi, er vi nødt til at arbejde i to spor ifølge Thomas Fruergaard Astrup.

  1. Vi skal skabe de økonomiske rammer, så det ikke bliver billigere at bruge de traditionelle materialer i produktionen.
  2. Det skal sikres, at de genanvendte materialer kommer i høj kvalitet, og sikre en forsyningskæde, så virksomhederne er garanteret, at de kan få hænderne på de rigtige materialer og de ikke bare dumper ind med års mellemrum.

»Så bliver vi simpelthen også nødt til, før vi konstruerer teknologierne, at tænke cirkularitet ind processen, men på det område, er vi nærmest ikke startet endnu,« siger Thomas Fruergaard Astrup.

80 procent af miljøaftrykket bestemmes i designfasen

Faktisk er det bydende nødvendigt at se på nogle udfordringer med materialerne og sammensætningen, så vi kan føre den viden tilbage i designfasen, da omtrent 80 procent af miljøaftryk fastlægges i designfasen, forklarer Lykke Margot Ricard.

Lykke Margot Ricard håber derfor, at design til holdbarhed i højere grad må vige til fordel for design til bæredygtighed i fremtiden. 

Dertil kan vi overveje, om genanvendelse i højere grad skal være et konkurrenceparameter i fremtiden, spekulerer lektoren.

»Man kan måske se mere på en slags genanvendelsesmærkning på produkter, så for eksempel forbrugere, men også pensionsselskaber, kan se, hvad der kan genanvendes.«

»Det vil betyde, at man ikke kun måler på pris, effektivt og producentgaranti, men der også var et parametre om en genanvendelse,« slutter Lykke Margot Ricard.

Også svært at genanvende vindmøllevinger

Når vindmøllerne ikke snurrer længere, pilles de ned, og nogle af dem slutter tilværelsen under jorden på et miljødepot eller på en losseplads, mens andre hele vindmøller sættes op i andre lande.

Godt 85-90 procent af en vindmølle kan genbruges, men vingerne ender i nogle tilfælde som knogler på gravplads for vindmøller. 

Vindmøllevinger er konstrueret af kompositmaterialer, som er yderst vanskelige at genanvende, men flere projekter er imidlertid igangsat, og der forskes lige nu i at få genanvendt vingerne. 

Miljøstyrelsen skriver i en mail til Videnskab.dk, at de på nuværende tidspunkt ikke har nyere data for mængden af affald fra vindmøllevinger i depoter i Danmark eller for, hvordan denne type affald affaldsbehandles.

I en ny handlingsplan for cirkulær økonomi er et initiativerne imidlertid, at der skal foretages en kortlægning af affald fra vindmøllevinger, lyder det i mailen. 

Lykke Margot Ricard har regnet sig frem til, at der i de næste 23 år vil være cirka 61.000 ton kompositaffald fra vinger, og hun er på trapperne med et studie om mængden af affald. 

Red Verden med Videnskab.dk

I en konstruktiv serie ser Videnskab.dk nærmere på, hvordan mennesket kan redde verden.

Vi tager fat på en lang række emner – fra atomkraft og indsatser for at redde dyrene til, om det giver bedst mening bare at spise mindre kød.

Hvad siger videnskaben? Hvad kan man selv gøre hjemme fra sofaen for at gøre en forskel?

Du kan få mange gode tips og råd i vores Facebook-gruppe, hvor du også kan være med i overvejelser om artikler eller debattere måder at redde verden på.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med 1 million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.