- scritto da Andrea Rotondaro
- categoria Energie rinnovabili
Riciclo dei moduli fotovoltaici a fine vita. Un bilancio economico ed ambientale
Il rapido sviluppo del settore fotovoltaico registrato negli ultimi anni, anche grazie alla forte politica degli incentivi statali, ha posto all’attenzione delle diverse aziende produttrici e delle istituzioni il problema del recupero dei componenti degli impianti che sfruttano la radiazione solare per la produzione di energia. Uno studio dell’ing. Daniela Casanica dell’Università La Sapienza di Roma ha focalizzato l’attenzione sul riciclo dei moduli fotovoltaici a fine vita. In particolare è stata fatta una previsione sul quantitativo di rifiuti da trattare ed un’analisi di bilancio economico di un processo di riciclaggio ad alto valore ambientale.
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UN MODULO FOTOVOLTAICO DOPO 25 ANNI, SEPPUR ANCORA EFFICIENTE, È UN RIFIUTO
La durata media di un pannello solare è valutata in circa 25 anni, dopo i quali il costruttore garantisce un’efficienza, rispetto a quella nominale, intorno all’80%. Sebbene la durata dei moduli fotovoltaici sarebbe superiore ai 25 anni, il decadimento delle prestazioni ma anche l’obsolescenza tecnologicapossono indurre alla loro dismissione. Essi diventano così rifiuti che, in quanto tali, devono essere gestiti senza pericolo per la salute dell’uomo e senza usare procedimenti o metodi che potrebbero recare danno all’ambiente.
La normativa vigente (Direttiva Rifiuti 2008/98/CE, recepita dall’Italia con il Dlgs. 205/2010)stabilisce che, ai fini di una corretta gestione dei rifiuti, è necessario favorire la riduzione dello smaltimento finale in discarica degli stessi attraverso il recupero. Quest’ultimo può essere attuato mediante un’azione di riutilizzo, riciclo o utilizzazione dei rifiuti come combustibile o come altro mezzo per produrre energia, elencate secondo un ordine di priorità. Il riciclo previene lo spreco di materiali potenzialmente utili, riduce il consumo di materie prime e di energia e, conseguentemente, l’emissione di gas serra.
UN MODULO, TANTI COMPONENTI DA RICICLARE
I pannelli sono costituiti da componenti che possono essere molto utili anche nel momento in cui diventano rifiuti: si tratta, infatti, di materiali il cui ciclo di vita non coincide con quello dei dispositivi fotovoltaici nei quali sono incorporati e che pertanto, se riciclati in modo opportuno, possono essere riutilizzati per realizzare nuovi moduli oppure altri prodotti.
Attualmente i rifiuti fotovoltaici provengono principalmente da moduli che hanno subito dei guasti o di scarso rendimento e che, quindi, sono stati sostituiti prima dell’esaurirsi della loro vita utile oppure da moduli che si sono rotti durante il trasporto o l’installazione o che sono stati scartati durante la produzione, perché non hanno raggiunto gli standard di qualità voluti.
I flussi di rifiuti sono pertanto ancora modesti ma sono destinati a crescere prepotentemente nel giro di 10–15 anni, tenendo conto dell’evoluzione del mercato fotovoltaico.
I rifiuti generati dall’industria fotovoltaica sono direttamente correlati alla crescita del mercato e le quantità da trattare nei prossimi decenni dipendono essenzialmente dai seguenti fattori: potenza installata, peso specifico dei moduli, incidenza dei rifiuti prematuri generati durante trasporto ed installazione, incidenza delle rotture premature in uso e durata della vita utile. Trascurando il mercato della “sostituzione” dei moduli e tenendo presente che la fine della loro vita utile si concretizza al raggiungimento dei 25 anni di utilizzo, l’installato si ritroverà nel flusso dei rifiuti differito di 25 anni.
TIPOLOGIE DI MODULI INSTALLATI NEL MERCATO EUROPEO
Ad oggi, la maggior parte dei moduli fotovoltaici installati, circa l’80%, appartiene alla tecnologia di prima generazione, la quale prevede l’impiego di silicio in forma mono– o poli–cristallina in qualità di semiconduttore (c–Si) caratterizzato da un peso specifico di 100 t/MW; la quota rimanente è rappresentata essenzialmente dai moduli a film sottile, detti anche di seconda generazione, che possono essere suddivisi in tre grandi categorie, caratterizzate dall’utilizzo di diverse tipologie di materiali semiconduttori: i moduli al silicio amorfo (a–Si) con peso specifico pari a 250 t/MW, quelli al telluluro di cadmio (CdTe), peso specifico 150 t/MW e quelli al diseleniuro di indio e rame (CuInSe2) e al diseleniuro di indio rame e gallio (CuInGaSe2). Una porzione pressoché trascurabile di mercato è poi occupata dai moduli di terza generazione, che appartengono a tecnologie in via di sviluppo che non sono ancora state commercializzate su larga scala.
Una stima dei rifiuti prodotti negli anni, considerando il decennio appena trascorso, ed ipotizzando una fine di vita utile stimata nell’anno 2035, prevede un totale di quasi 30.000 MW di rifiuti derivanti da componenti fotovoltaiche.
Le quantità di pannelli da smaltire, per tecnologia, è stata calcolata moltiplicando i rifiuti prodotti (in MW) per il fattore di ripartizione e per il peso specifico medio. Sommando quindi i contributi di tutte le categorie di moduli, per anno, si può stimare la produzione totale di rifiuti, in tonnellate, che si genererà negli anni a venire e la sua ripartizione per tecnologie.
La capacità da dismettere in Europa sarà quindi costituita in larga prevalenza da moduli in silicio cristallino, almeno fino al 2035, quando ci saranno più di 3 milioni di tonnellate di moduli fotovoltaici a fine vita. Più del 70% di essi sarà rappresentato da pannelli di prima generazione. La parte rimanente sarà divisa tra le diverse tecnologie di seconda generazione, con una netta prevalenza dei moduli CdTe, con un’incidenza del 22.8%.
In base all’andamento della ripartizione del mercato tra le varie tecnologie ci si aspetta che, dopo il 2035, le quantità di moduli CIGS da dismettere tenderanno a raggiungere quelle dei moduli CdTe mentre le tecnologie emergenti dovrebbero rivestire ancora un ruolo marginale ma è difficile fare delle stime a riguardo, in quanto sono ancora in fase di sviluppo.
Questi risultati fanno comprendere come si renda necessario sviluppare ed attuare una gestione complessiva dei rifiuti ed una politica del riciclaggio che garantiscano tassi di raccolta e di recupero dei moduli fotovoltaici sempre più vantaggiosi. Ciò comporterà lo sviluppo di un mercato già in forte espansione, soprattutto se si considera che nel 2025 sono previste circa 15.000 tonnellate di rifiuti in Europa.
PROCESSI DI RICICLO DEI MODULI
Ad oggi, i processi tecnologici utilizzati per il riciclo dei moduli a fine vita non sono definiti né tantomeno univoci. In ogni caso, i sistemi di trattamento e riciclo devono essere in grado di soddisfare i seguenti requisiti: flessibilità, ovvero capacità di trattare le ancora piccole quantità di rifiuti generati e gli elevati quantitativi che verranno prodotti nel prossimo futuro; implementazione della tecnologia di riciclaggio nel rispetto della piena sostenibilità economica ed ambientale, combinando gli obiettivi di costo con la necessità di limitare l’impatto ambientale causato dagli stessi processi di trattamento e riciclaggio e, infine, scalabilità, ossia raggiungere una standardizzazione di processo che permetta di passare da una scala di laboratorio ad una commerciale.
In generale, si può distinguere tra soluzioni di riciclaggio a basso valore, che sono volte al recupero ed al riciclo di alcune frazioni della distinta base del modulo, come ad esempio quella vetrosa e dell’alluminio della cornice e soluzioni di riciclaggio ad alto valore, che consentono di valorizzare al massimo i rifiuti derivanti dai moduli a fine vita, recuperando anche i componenti di maggiore pregio in essi presenti. Questi ultimi sono rappresentati dal silicio, contenuto nei moduli in silicio cristallino, dai semiconduttori utilizzati nei pannelli a film sottile e dall’argento, usato soprattutto dalle tecnologie al silicio cristallino.
FATTIBILITÀ ECONOMICA DEL RICICLO DEI PANNELLI FOTOVOLTAICI
Tenendo presente che uno dei requisiti fondamentali che un sistema di riciclaggio deve soddisfare è quello di essere economicamente sostenibile, è stata valutata la fattibilità economica del riciclo a fine vita, mediante un processo ad alto valore che permetta di recuperare vetro ed alluminio (come materiali di uso comune) ed argento, silicio, indio, gallio e tellurio (come materiali non convenzionali). A partire dai dati medi relativi a caratteristiche (peso totale, potenza di picco, peso specifico e superficie) e composizione (peso percentuale dei vari componenti il modulo, misurato in kg, sul peso totale dello stesso) dei moduli standard delle principali categorie di pannelli presenti ad oggi sul mercato, sono state calcolate le quantità di materiali recuperabili per unità di watt di picco.
Ipotizzando che il prezzo dei materiali riciclati sia uguale a quello delle materie prime presenti in ciascuna tipologia di moduli fotovoltaici, sono stati incrociati i prezzi attuali di mercato dei materiali recuperabili con le relative quantità, per stimarne il valore e, di conseguenza, il ricavo ottenibile attraverso il riciclo, secondo le percentuali stabilite.
Per completare la valutazione economica sono stati quindi calcolati i costi da sostenere, che comprendono i costi logistici, ovvero di raccolta e trasporto dei pannelli giunti a fine vita, quelli di trattamento e riciclaggio vero e proprio ed infine quelli di gestione dell’impianto di riciclo.
Sono stati valutati i costi netti, relativi alle diverse tipologie di pannelli, espressi per tonnellata e per modulo, dati dalla differenza tra i costi totali appena considerati ed i ricavi derivanti da un processo di riciclaggio ad alto valore.
Si deduce che il valore dei materiali eccede i costi solamente per i moduli al silicio cristallino e per i moduli CIS/CIGS mentre per i moduli al silicio amorfo e per quelli CdTe i costi necessari a realizzare il processo di recupero e riciclaggio sono superiori ai ricavi, anche se di poco (10.96 €/t nel primo caso e 1.76 €/t nel secondo).
MERCATO ATTUALE DEL RICICLO DEI MODULI FOTOVOLTAICI
Allo stato attuale, il processo produttivo non può essere ancora particolarmente redditizio in quanto la mole dei rifiuti generati non è tale da far lavorare gli impianti di riciclaggio a pieno regime. È chiaro che la possibilità di guadagno legata ad un’operazione di riciclaggio può diventare davvero attrattiva quando inizieranno ad accumularsi grandi volumi di prodotto fotovoltaico da trattare. In futuro, vi sarà senza dubbio un enorme incremento della domanda di recupero e di riciclo dei pannelli, in conseguenza della crescita delle installazioni che si sono avute negli ultimi anni e, quindi, le dimensioni di una tale richiesta di mercato potranno incoraggiare lo sviluppo di filiere dedicate al trattamento ed al recupero dei materiali, da reimpiegare in nuovi processi produttivi.
- crediti fotografie © “Analisi e studio del riciclo dei moduli fotovoltaici a fine vita”, Ing. Daniela Casanica – Università La Sapienza Roma
