太陽能板廢棄回收與再利用技術觀點

台灣廢舊太陽能板的回收處理體系由環保署、經濟部能源局、太陽光電產業協會聯手推動。圖/本報資料照片

文/傅耀賢 國立臺南大學綠色能源技術學系教授 洪嘉聰、劉眞誠 國立臺南大學綠色能源技術學系碩士

國際能源總署(IEA)在《世界能源展望2019》報告中,預測2040年前全球能源需求將以每年1.3%的速度增長,其中以太陽能為首的低碳能源將佔增長量的一半以上。近年因政府積極推動裝設太陽能,至今(2020)年3月,總裝置容量已累積達4.3GW(百萬瓩),並以2025年總裝置容量達20GW為目標。

然礙於生產工藝及材料品質缺陷,太陽能板的使用壽命有限,國際再生能源機構(IRENA)以25年使用年限評估報廢趨勢,預計全球至2043年,當年所產生之廢舊太陽能板將會超過新裝設數量,達到437.9GW,至2050年全球廢舊太陽能板累計將達到91,262.6萬噸。

臺灣因位處天然災害高風險地區,環保署以使用壽命20年進行廢舊量評估,預計2050年累積產生的廢舊太陽能板高達161.4萬噸。然而,無論歐盟或臺灣,目前產業的產能都未能因應2050年所預估的太陽能板廢棄量。

歐盟的太陽能發展起步較其他國家早,亦需較早面對處理廢舊太陽能板的問題。因此歐盟2012年採用「生產者責任延伸」精神,將廢舊太陽能板回收再處理原則規範於廢電機電子設備指令(WEEE)中,現已達95%的回收率。2018年隸屬歐盟的太陽能板循環(PV CYCLE)組織也與威立雅環保集團(VEOLIA)合作,在法國設立全球第一家專門回收再處理太陽能板的工廠,至2021年最大產能可達年處理量4萬噸。

臺灣的回收處理體系則由環保署、經濟部能源局、太陽光電產業協會聯手推動。2019年起能源局循「生產者責任延伸」精神,向太陽能設備設置者預收每KW(瓩)1,000元的回收處理費;環保署建立處理體系與稽核;太陽光電產業協會負責確保每一片太陽能板的模組序號符合案場設備登記,並安排符合清運與處理資格的業者回收處理。

但是,太陽能板若要「完全回收」,則需要充分利用太陽能板材料環境耐受性高的特性。太陽能板主要由玻璃、電池與導線(矽與貴金屬)、鋁製背板與外框組成,各材質間以透光度高、可強化環境耐受性的塑膠薄膜(EVA或PDVF)膠合。現行商轉的廢棄太陽能板處理技術,因塑膠燃點低,以燃燒方式分解膠合層拆解太陽能板。然而這樣的做法,不僅能耗大,亦造成材料損耗與空氣污染。若過程中未完全去除塑膠薄膜,可能形成具環境毒性的氟碳化合物,汙染其他回收物料,僅能「降級回收」與「垃圾減量」,未能邁向循環經濟。

因此,我們嘗試複合多種物理方式拆解膠合層,因不同材料受到外力時,會有不同反應,故採用超音波降低不同材料之間的親和力,拆解所有材料,並將膠合層的塑膠研磨成粉,透過磁吸、純化程序,使原本被燃燒分解的塑膠,也可回收利用。此分離方法有高產率與低能耗特點,不僅可在太陽能板破碎的情況下分離材料,也已可完整取下玻璃重回產線再利用,即將著手開發自動化產線設備。

為提升太陽能板發電效率,表層材料多使用透光度高的超白玻璃,但若燃燒拆解太陽能板,會因碳化汙染玻璃僅能降級使用,無法重製為太陽能板。未來使玻璃升級再製、回收主要的發電材料矽再製為「碳化矽」、純化分離後的膠合層與金屬使其可供產業再利用是太陽能板永續循環的關鍵。採用可以回收玻璃熔製的「槽型玻璃」,整合太陽能模組開發成「太陽能牆體建材」,取代現有磚造牆體,將是未來太陽能回收與再製技術發展,並將太陽能從平面設置進階至立體化,改善用地短缺侷限,使得節能與創能並行的可行方向。

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