Zu robust fürs Recycling

Der mengenmäßig kleine Rest aus Silizium, Silber, Zinn, Blei und den Kunststofffolien landet meist direkt auf der Deponie oder in der Verbrennung. Ein Recycling dieser Stoffe gilt als nicht möglich oder nicht lohnend. Die meisten dieser Rohstoffe sind laut Umweltbundesamt nicht knapp. Doch beispielsweise die Gewinnung von hochreinem Silizium benötigt eine große Menge an Energie zum Aufschmelzen von Quarzsand bei über 2.000 Grad Celsius. Stattdessen könnte man aus einer Tonne Solarschrott 25 bis 50 Kilogramm des Solarsiliziums zurückgewinnen – wenn der Aufwand, es aus dem Materialverbund zu lösen, nicht ebenfalls beträchtlich wäre.

Der Materialverbund ist fast unlösbar

Zur Frage, ob ein Rohstoffrecycling nicht doch möglich ist, arbeitet Tom Reiling mit Andreas Obst vom Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik (CSP) in Halle an der Saale zusammen. Ein recyceltes Modul aus geschredderten Solarzellen von Reilings Recyclinghof gibt es schon. Es hat 60 Zellen aus kristallinem Silizium mit einem Zellwirkungsgrad von 19,7 Prozent. Damit liegt es nur wenige Prozentpunkte unter dem Wirkungsgrad fabrikneuer Solarzellen. Doch einfach war es nicht, das zu erreichen.

Die größte Hürde steht am Anfang, wenn die alten Module zunächst in ihre Bestandteile zerlegt werden müssen. Denn die Module werden bei der Herstellung mit Kunststofffolien sehr fest verkapselt, um gegen alle Herausforderungen der Natur wie Sand, Schnee, Hitze, Kälte oder Feuchtigkeit gewappnet zu sein. Diesen innigen Verbund aus Zellen und Laminierung beim späteren Recycling wieder aufzulösen, ist immens schwierig. Andreas Obst hat gemeinsam mit Kollegen anderer Fraunhofer-Institute eine Lösung dafür gefunden, doch die Zerlegungsprozedur hat es in sich.

Zunächst werden die Zellen mechanisch auf eine Größe von höchstens zwei Millimeter geschreddert. Aus diesem Mix werden mit verschiedenen Verfahren die Bruchstücke aus Glas, Silizium und Kunststoff herausgetrennt. Die Beschichtungen werden auf chemischem Weg abgelöst, dadurch wird auch das Silber aus Kontakten zurückgewonnen. Das Silber macht zwar nur einen Bruchteil des Gewichts aus, beinhaltet aber fast 50 Prozent des Materialwerts. Im letzten Schritt wird noch einmal Chemie eingesetzt, bis nur noch das Solarsilizium übrigbleibt. Daraus haben die Fraunhofer-Forschenden dann neue Zellen für das Recycling-Modul hergestellt. Eine Ökobilanz für diesen Prozess gibt es noch nicht, „es ging darum zu klären, ob man es überhaupt hinbekommt“, sagt Obst.

Vielfältige Versuche und Entwicklungen

Einen anderen Weg als den mit Chemikalien geht das Unternehmen Flaxres in Dresden. Bei ihnen wird das gesamte Modul in einer abgeschirmten Kammer mit kurzen, energieintensiven Lichtblitzen bestrahlt. Während die Lichtpulse einwirken, heizt sich der Materialverbund in Sekundenbruchteilen auf mehrere Hundert Grad Celsius auf. Die Folie platzt dabei vom Siliziumchip ab und der Kunststoff verschmort. Die Zellen zerbrechen in viele Stücke. Danach sind Glas, Silberfäden und Silizium einfach sortenrein trennbar. Der kommerzielle Start erster mobiler Anlagen auf der Basis dieses Verfahrens ist in Planung.

Manche Forschende oder Firmen arbeiten auch an anderen Lösungen. Ein japanisches Unternehmen hat etwa die Methode „Trennen mit einem heißen Messer“ entwickelt, um die Verbindung zwischen Glas und Solarzellen zu lösen. Dazu schiebt sich eine auf 300 Grad Celsius erhitzte Klinge zwischen Glas und Silizium-Zellschicht und schabt den Folienverbund in einem Stück vom Glas ab. Das trennt nicht nur den Verbund, sondern liefert auch sauberes Glas, das sich gut recyceln lässt. Doch auch dieses Verfahren wird bislang nur in einer Testanlage eingesetzt. Und es hat ein Manko: Bei verbogenen oder bereits geborstenen Modulen gelingt die Trennung auf diese Weise nicht.

An einer ähnlichen Idee arbeitet das deutsche Start-up-Unternehmen Solar Materials. Die Firma aus Magdeburg setzt darauf, die wertvollen Silber-Kontakte mit Bürsten abzuschaben.

Das Resümee

Techniken, mit denen mehr als nur Glas und Aluminium wiederverwertet werden, gibt es bisher nur in Forschungsprojekten oder auf Start-up-Ebene. Die Umsetzung in den größeren kommerziellen Betrieben fehlt, sagt Helmholtz-Forscher Ian Marius Peters. „Da herrscht das Gefühl, dass man noch Zeit hat“. Obwohl jeder weiß, dass die Altgeräte zurückkommen werden, entwickeln sich die Recycling-Pläne im Schneckentempo. So gibt es etwa in Japan, Südkorea, China und Australien derzeit keine landesweiten Recycling-Programme für PV-Module; es werden diverse Technologien diskutiert – aber noch kaum ein Ansatz steht in den Startlöchern. In den USA wird lediglich darüber nachgedacht, wie sich die künftigen Mengen ausgedienter Solarmodule in die Abfallregularien einpassen lassen. Zumindest Forschende in China arbeiten auch an wirtschaftlich tragfähigen, technischen Lösungen.

Und noch etwas steht dem wirtschaftlichen Recycling von Solarzellen entgegen. Fraunhofer-Forscher Andreas Obst sieht eine Herausforderung in der großen Vielfalt der eingesetzten Module. Er selber hat schon über 500 verschiedene Typen erfasst, doch das ist nur ein kleiner Teil dessen, was inzwischen auf dem Markt ist. Das macht ein effizientes Recycling fast unmöglich. Vielleicht sei ein QR-Code an jedem Modul eine Chance gegen den gemischten Solarmüll, so Obst, dann könne schon auf dem Recyclinghof für die beste Methode vorsortiert werden.

Der Physiker Ian Marius Peters hingegen setzt weiter vorn an: „Ich will nicht nur wissen, wie ich die Recyclingtechnologie weiterentwickeln kann, sondern stelle mir die Frage: Wie kann ich Solarmodule von Anfang an so konstruieren, dass sie sich am Ende ihrer Lebenszeit wieder einfach auseinandernehmen lassen und die Rohstoffe in den Kreislauf zurückgelangen können?“ An technischen Möglichkeiten für eine einfacher aufzubrechende Verkapselung wird auch in den Niederlanden und in Taiwan geforscht. Doch bis solche Solarmodule mit „Sollbruchstelle“ auf den Markt kommen, wird es wohl noch eine geraume Zeit dauern. //