Executive Summary
- La primera generación de paneles fotovoltaicos (FV) instalados en la década de 1990 está llegando al final de su vida útil, y las tasas de instalación actuales sugieren que el mundo podría estar gestionando 78 millones de toneladas de residuos de paneles FV para 2050. Sin programas de reciclaje específicos, gran parte de ese material terminará en vertederos, lo que socava el argumento medioambiental a favor de la energía solar.
- Un panel de silicio típico contiene una oblea de silicio con interconexiones de plata, plomo, cobre y estaño, todo ello encapsulado en poli(etileno-acetato de vinilo) y protegido por vidrio y un marco de aluminio. La plata constituye menos del 1% de la masa de un panel, pero representa aproximadamente el 47% del valor de los materiales recuperados, lo que hace que la recuperación eficiente de la plata sea especialmente importante para la economía del reciclaje.
- Tres enfoques de reciclaje predominan hoy en día: la delaminación térmica (la más barata y común, pero que consume mucha energía y es propensa a emisiones tóxicas), la delaminación química (eficaz pero lenta y con desperdicio de productos químicos) y la delaminación mecánica (la más sencilla pero la menos eficiente para eliminar el encapsulante). La actividad de patentes supera ahora a las publicaciones en revistas en esta área, lo que indica un fuerte interés comercial en mejores procesos.
Con casi 210 gigavatios de capacidad instalada, la energía solar es ahora un elemento fijo del panorama energético de EE. UU. La energía solar representó el 67% de la nueva capacidad de generación de electricidad en EE. UU. en la primera mitad de 2024. A nivel mundial, la generación solar ha alcanzado cerca de 1300 teravatios hora.
Este es un beneficio inequívoco para el planeta y los esfuerzos de reducción de emisiones, pero la maduración de la industria de los paneles solares también plantea nuevas preguntas, específicamente qué hacer con todos esos paneles fotovoltaicos (FV) una vez que llegan al final de su vida útil (EOL). De hecho, la primera generación de paneles FV, instalados en la década de 1990, está llegando ahora a su EOL, ya que los paneles solares tienen una aproximada vida útil de 30 años. Con la cantidad de paneles FV que se instalan hoy en día, es posible que el mundo esté gestionando 78 millones de toneladas de residuos de paneles FV para 2050.
Los residuos fotovoltaicos presentan muchos desafíos, concretamente, cómo reciclar y recuperar materiales valiosos. En ausencia de programas de reciclaje específicos, los componentes de los paneles solares terminarán en vertederos, contaminando el medioambiente, lo cual es contradictorio con la razón detrás de su uso generalizado.
Estos desafíos también ofrecen amplias oportunidades para soluciones energéticas más circulares, materias primas más fácilmente disponibles para fabricar nuevos paneles y un mayor cumplimiento de las cambiantes normativas gubernamentales. Nuestro análisis de la Colección de contenidos CASTM, el mayor repositorio de información científica publicada y catalogada por humanos, revela hacia dónde se dirige la investigación sobre el fin de la vida útil de los sistemas fotovoltaicos y cómo podemos encontrar un camino más sostenible hacia el futuro.
¿Son reciclables los paneles solares?
La respuesta corta es sí, y existen tres métodos actuales para hacerlo. Los sistemas fotovoltaicos típicos consisten en una oblea de silicio junto con interconexiones de plata, plomo, cobre y estaño que suelen estar encapsuladas en poli(etileno-acetato de vinilo) (EVA) por ambos lados (véase la Figura 1). De todos los componentes, la plata es el más valioso. representa menos del 1% de la masa de un sistema fotovoltaico, pero supone el 47% del valor de todos los materiales recuperados.
Los procesos de reciclaje actuales constan de cuatro pasos:
- Desmontaje del marco de aluminio, el cable de cobre y las cajas de conexiones
- Eliminación de la capa de vidrio
- Eliminación del encapsulante polimérico
- Recuperación de silicio y metales
El proceso más difícil es la eliminación de la capa de vidrio, que suele estar pegada a la célula solar encapsulada mediante adhesivos, lo que también se denomina delaminación (véase la Figura 2).
Los tres métodos actuales para el reciclaje de paneles solares conllevan beneficios y contrapartidas (ver Figura 3):
- Delaminación térmica: En este proceso, los sistemas fotovoltaicos se someten a pirólisis a temperaturas que oscilan entre los 300 y 650 °C. Esto conduce a la separación del vidrio y a la descomposición de los adhesivos. Es el tipo de reciclaje fotovoltaico más rentable y común, pero debido a sus altas temperaturas de funcionamiento, la delaminación térmica requiere más energía, lo que provoca la emisión de gases tóxicos.
- Delaminación química: Este método de reciclaje es eficaz sin dañar el vidrio ni las células solares. Sin embargo, los disolventes orgánicos y los ácidos o bases inorgánicos utilizados en este proceso requieren un tiempo prolongado para reaccionar con los adhesivos y encapsulantes, lo que alarga el tiempo de procesamiento hasta 10 días. Los productos químicos utilizados en este proceso también son costosos y los residuos químicos resultantes requieren un complejo proceso de tratamiento.
- Delaminación mecánica: Consiste en triturar los paneles solares desmontados, seguido de una molienda y separación. Aunque la delaminación mecánica es el más sencillo de los tres procesos, la eliminación del encapsulante polímero es ineficiente.
Desafíos en el reciclaje de paneles solares
Dado que todos los métodos de reciclaje fotovoltaico tienen beneficios e inconvenientes, los investigadores buscan formas de mejorarlos. Nuestro análisis del panorama actual de la investigación revela que las publicaciones de patentes son las más comunes, lo que demuestra el amplio interés comercial en estos procesos (ver Figura 4).
Al observar más de cerca, descubrimos que los conceptos relacionados con la deslaminación térmica, como el tratamiento térmico, la descomposición térmica, el calentamiento y la calcinación, son los más indexados (véase la Figura 5).
Sin embargo, deben superarse muchos desafíos para ampliar con éxito el reciclaje de energía fotovoltaica y gestionar la afluencia de paneles que llegan al final de su vida útil. Como se mencionó, la emisión de gases tóxicos y la eliminación de productos químicos peligrosos complican los actuales procesos de reciclaje . Otro problema es que el silicio recuperado suele estar contaminado con otros elementos y no puede utilizarse en nuevos paneles solares. Para reutilizar el silicio en el proceso de fabricación de obleas, debe refinarse para alcanzar una alta pureza, que oscila entre 6N (99,9999% de pureza) y 11N.
Es fundamental que los fabricantes de energía fotovoltaica puedan reutilizar el silicio, ya que el proceso de fabricación de silicio es responsable de más de la mitad de la energía utilizada en la producción fotovoltaica. Lo que complica aún más este proceso es el hecho de que las obleas de silicio fabricadas hace 30 años no tienen la misma calidad que las fabricadas hoy en día.
Por último, existe incertidumbre sobre la rentabilidad del reciclaje fotovoltaico. Un estudio reciente concluyó que los materiales reciclados eran mucho más baratos que los materiales vírgenes: el coste de esos materiales vírgenes para un sistema fotovoltaico se calculó en 90 USD/m2 mientras que los materiales reciclados recuperados a través del proyecto de recuperación total al final de la vida útil de los sistemas fotovoltaicos (FRELP) costaron solo 12,43 USD/m2. Ese coste desciende aún más, a 1,19 USD/m2, cuando los beneficios medioambientales del reciclaje se incluyen en el análisis. Sin embargo, otros estudios encontraron el resultado opuesto , a saber, que el reciclaje no es rentable debido a la falta de elementos de alto valor en los paneles. Superar esta incertidumbre económica será crucial para ampliar las operaciones de reciclaje de energía fotovoltaica.
Oportunidades para el reciclaje sostenible de paneles solares
¿Cómo pueden los fabricantes, los gestores de residuos, los gobiernos y otras partes interesadas comprender mejor los costes y beneficios del reciclaje de paneles solares? Un punto de partida es realizar análisis técnico-económicos (TEA) y evaluaciones del ciclo de vida (LCA) más exhaustivos. Estos estudios pueden compartir información de coste-beneficio más actualizada y tener en cuenta la variación de los precios de las materias primas y otros factores.
Los procesos de reciclaje tienen margen de mejora: con más R&D, podemos descubrir métodos que recuperen más materias primas de forma más eficiente que los procesos actuales. Recuperar más plata, por ejemplo, puede hacer que el reciclaje sea más rentable. Proyectos como Icarus también pueden encontrar avances en la purificación del silicio que reducirán los residuos y serán más eficientes con las materias primas para los nuevos paneles solares.
Los investigadores también pueden desarrollar diseños de paneles innovadores que tengan en cuenta la reciclabilidad. Planificar el desmontaje y la recuperación de materiales en la fase de diseño podría hacer que el reciclaje sea más eficaz a la hora de recuperar materiales, utilizando menos energía y creando menos residuos químicos.
Las políticas gubernamentales también tendrán un papel que desempeñar. Las normativas sobre Residuos de Aparatos Eléctricos y Electrónicos (RAEE) de la UE pueden ser un punto de partida para otros países y regiones. Al fomentar el reciclaje de energía fotovoltaica, los gobiernos pueden ayudar a estimular las economías de escala. Como también señala la Agencia Internacional de Energías Renovables, involucrar a socios de eliminación de residuos puede impulsar el crecimiento empresarial y ampliar los ingresos y las oportunidades de empleo, desarrollando así un círculo virtuoso para la expansión de la energía limpia y el crecimiento económico.
