Executive Summary
- 1990年代に設置された第一世代の太陽光発電（PV）パネルは現在耐用年数を迎えており、現在の設置率から推測すると、2050年までに世界で7,800万トンのPVパネル廃棄物が発生する可能性があります。専用のリサイクルプログラムがなければ、その材料の多くは埋め立て地に送られることになり、太陽光発電の環境面での利点が損なわれてしまいます。
- 一般的なシリコンパネルには、銀、鉛、銅、スズの相互接続部を備えたシリコンウェハーが含まれており、これらすべてがエチレン酢酸ビニル共重合体（EVA）で封止され、ガラスとアルミニウムフレームで保護されています。銀はパネル質量の1%未満ですが、回収された材料の価値の約47%を占めており、効率的な銀の回収はリサイクルの経済性において特に重要です。
- 現在、主に3つのリサイクル手法が普及しています。熱剥離法（最も安価で一般的ですが、エネルギー消費が激しく、有毒な排出物が発生しやすい）、化学剥離法（効果的ですが、時間がかかり、化学廃棄物が出る）、そして機械的剥離法（最も単純ですが、封止材の除去効率が最も低い）です。現在、この分野では特許出願数が学術論文数を上回っており、より優れたプロセスに対する商業的な関心の高さがうかがえます。
約 210ギガワット の設備容量を誇る太陽光エネルギーは、今や米国のエネルギー情勢において欠かせない存在となっています。2024年上半期、米国における新規発電容量の67%を太陽光が占めました。世界全体では、太陽光発電量は 1300テラワット時に迫っています。
これは地球環境と排出削減の取り組みにとって明白な利益ですが、太陽光パネル産業の成熟は新たな疑問も投げかけています。具体的には、耐用年数（EOL）を迎えた膨大な数の太陽光発電（PV）パネルをどう処理するかという問題です。実際、1990年代に設置された第一世代のPVパネルは、太陽光パネルの寿命が 約 30年であることから、現在その耐用年数を迎えています。今日設置されているPVの量を考えると、2050年までに世界で 7800万トン のPVパネル廃棄物が発生する可能性があります。
PV廃棄物は多くの課題を突きつけています。とりわけ、貴重な材料をいかにリサイクルし、回収するかという点です。専用のリサイクルプログラムがなければ、太陽光パネルの構成部品は埋め立て地に廃棄され、環境を汚染することになります。これは、太陽光パネルが広く普及している理由と矛盾するものです。
これらの課題は、より循環型のエネルギーソリューション、新しいパネル製造のための原材料の確保、そして変化する政府の規制へのより高いコンプライアンスを実現するための広範な機会も提供しています。私たちの分析では、 CAS Content CollectionTMは、公開された科学情報の人間がキュレーションした最大のレポジトリであり、PV EOL研究の向かう先と、より持続可能な前進の道を見出す方法を明らかにします。
ソーラーパネルはリサイクル可能ですか？
結論から言えば、可能です。現在、そのための方法は3つあります。一般的なPVは、シリコンウェハーと、銀、鉛、銅、スズのインターコネクトで構成されており、通常は両面をポリ（エチレンビニルアセテート）（EVA）で封止されています（図1を参照）。すべてのコンポーネントの中で、銀が最も価値があります。銀は 占める 割合はPVの質量の1%未満ですが、回収される全材料の価値の47%を占めています。
現在のリサイクルプロセスには4つのステップがあります：
- アルミニウムフレーム、銅ケーブル、ジャンクションボックスの解体
- ガラス層の除去
- ポリマー封止材の除去
- シリコンおよび金属の回収
最も困難なプロセスは、通常、接着剤を使用して封止された太陽電池に貼り付けられているガラス層の除去（デラミネーションとも呼ばれます）です（図2を参照）。
現在行われている3つのソーラーパネルリサイクル手法には、それぞれ利点とトレードオフが存在します（図3を参照）。
- 熱剥離法： このプロセスでは、太陽光発電（PV）モジュールを300～650℃の温度で熱分解します。これによりガラスが分離され、接着剤が分解されます。これは最も費用対効果が高く一般的なPVリサイクル手法ですが、高温で稼働するためエネルギー消費量が多く、有毒な煙が発生するという課題があります。
- 化学剥離法： このリサイクル手法は、ガラスや太陽電池を損傷させることなく効果的に処理できます。しかし、プロセスで使用する有機溶剤や無機酸・塩基が接着剤や封止材と反応するまでに時間がかかり、処理に最大10日を要します。また、使用する化学薬品が高価であり、廃液の処理には複雑な工程が必要です。
- 機械的剥離法： 解体したソーラーパネルを破砕し、粉砕・分離する手法です。機械的剥離法は3つのプロセスの中で最も単純ですが、封止材である ポリマー の除去効率が低いという欠点があります。
ソーラーパネルリサイクルにおける課題
すべてのPVリサイクル手法には利点と欠点があるため、研究者はその改善策を模索しています。現在の研究状況を分析したところ、特許公開が最も多く、これらのプロセスに対する商業的な関心が非常に高いことが明らかになりました（図4を参照）。
詳細に分析すると、熱処理、熱分解、加熱、焼成といった熱剥離に関連する概念が最も多くインデックスされていることがわかります（図5を参照）。
しかし、寿命を迎えたパネルの流入に対応するためにPVリサイクルを成功させ、規模を拡大するには、多くの課題を克服しなければなりません。前述の通り、有毒ガスの排出や有害な化学物質の廃棄が、現在の リサイクル プロセスを複雑にしています。もう一つの問題は、回収されたシリコンが通常他の元素で汚染されており、新しい太陽光パネルには使用できないことです。ウェハー製造プロセスでシリコンを再利用するには、 精製 して、6N（純度99.9999%）から11Nに及ぶ高純度を実現する必要があります。
シリコン製造プロセスはPV生産に使用されるエネルギーの半分以上を占めているため、PVメーカーがシリコンを再利用できることは極めて重要です。このプロセスをさらに複雑にしているのは、30年前に製造されたシリコンウェハーが、今日製造されるものほど高品質ではないという事実です。
最後に、PVリサイクルの費用対効果には不確実性があります。最近の調査で 判明した ことですが、リサイクル素材はバージン素材よりもはるかに安価でした。PV用のバージン素材は90米ドル/m2 と算出されたのに対し、FRELP（Full Recovery End of Life Photovoltaic）プロジェクトを通じて回収されたリサイクル素材はわずか12.43米ドル/m2でした。そのコストはさらに下がり、1.19米ドル/m2、リサイクルの環境面での利点を分析に含めた場合。しかし、他の研究では 逆の 結果、すなわちパネル内に高価値な元素が含まれていないためリサイクルは採算が取れないという結果が示されました。この経済的な不確実性を克服することが、太陽光発電（PV）リサイクル事業を拡大する上で極めて重要となります。
持続可能な太陽光パネルリサイクルの機会
メーカー、廃棄物管理者、政府、その他のステークホルダーは、太陽光パネルリサイクルのコストと利点をどのようにすればより深く理解できるでしょうか。その出発点となるのは、より包括的な技術経済分析（TEA）および ライフサイクルアセスメント （LCA）を実施することです。これらの研究により、最新の費用便益情報を共有し、変動する商品価格やその他の要因を考慮に入れることが可能になります。
リサイクルプロセスには改善の余地があります。R&Dを強化することで、現在のプロセスよりも効率的に原材料を回収できる手法を発見できるはずです。例えば、より多くの銀を回収できれば、リサイクルの費用対効果を高めることができます。 Icarus のようなプロジェクトでは、シリコン精製のブレークスルーが見出される可能性もあり、これにより廃棄物が削減され、新しい太陽光パネルのための原材料利用がより効率的になるでしょう。
研究者は、リサイクル性を考慮した革新的なパネル設計を開発することもできます。設計段階で分解と材料回収を計画しておくことで、材料の回収効率を高め、エネルギー消費を抑え、化学廃棄物を減らすリサイクルが可能になるはずです。
政府の政策も重要な役割を果たします。EUの 廃電気電子機器（WEEE） 規制は、他の国や地域にとっての出発点となり得ます。政府がPVリサイクルを奨励することで、規模の経済を促進することができます。国際再生可能エネルギー機関（IRENA）も指摘しているように、 廃棄物処理 パートナーを巻き込むことは、ビジネスの成長を促進し、収益と雇用機会を拡大させ、それによってクリーンエネルギーの拡大と経済成長のためのポジティブなフィードバックループを構築することにつながります。
