PV-Recycling funktioniert nur in Teilen gut

Eine Wiederverwertung von PV-Modulen im Sinne der Kreislaufwirtschaft wird damit dringlich. Denn in den Modulen stecken wertvolle Materialien wie Glas, Aluminium, Kupfer und Silber. Doch gerade die Trennung der zentralen Schichten − Glas, EVA-Folie und Solarzelle − stellt bis heute einen technischen Engpass dar. Wo stehen wir also beim Modulrecycling? Darüber haben wir mit Andreas Obst gesprochen. Er ist Projektmanager Recycling am Fraunhofer CSP und beschäftigt sich seit 2014 intensiv mit dem Thema.

E&M: Herr Obst, die Trennung von Glas, EVA-Folie und Solarzelle gilt als zentraler Engpass im PV-Recycling. Welche Verfahren haben das Potenzial, diesen industriell zu überwinden?

Obst: In der Praxis gibt es bereits Verfahren, die in größerem Maßstab eingesetzt werden. Die genauen Grenzen hängen allerdings stark vom jeweiligen Prozess ab und liegen oft im Detail der eingesetzten Technologien. Thermische Verfahren wie Pyrolyse funktionieren grundsätzlich, haben aber den Nachteil, dass die Polymere − etwa die EVA-Folie − dabei zerstört werden. Mechanische oder thermomechanische Verfahren stoßen dagegen schnell an physikalische Grenzen, etwa bei der sauberen Trennung fest verbundener Schichten. Welche Verfahren sich langfristig durchsetzen, hängt stark von den jeweiligen Anlagenbetreibern ab − hier ist vieles noch im Fluss.

E&M: Viele Recyclingprozesse arbeiten mit thermischen Verfahren wie der von Ihnen genannten Pyrolyse. Wie bewerten Sie den Zielkonflikt zwischen energieintensiver Trennung und dem Anspruch einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft?

Obst: Dieser Zielkonflikt ist real. Die in Modulen enthaltenen Polymere haben einen hohen Heizwert. Das heißt: In thermischen Prozessen lassen sie sich energetisch nutzen, etwa zur Stromerzeugung. Gleichzeitig gehen sie dabei als Material verloren. Mechanisches Recycling bringt hier kaum Vorteile, weil es sich meist um gemischte Kunststoffe handelt, die sich weder gut schmelzen noch sinnvoll stofflich verwerten lassen. EVA ist beispielsweise ein Elastomer − also eher ein Gummi als ein klassischer Thermoplast − und daher kaum wiederverwendbar. Die Alternative ist häufig nur ein Downcycling, etwa als Füllstoff in anderen Materialien. Dann stellt sich allerdings die Frage, ob das noch echtes Recycling ist oder eher eine Art ‚Zwischenlagerung‘ im Stoffkreislauf. Entscheidend ist letztlich, ob Primärrohstoffe ersetzt werden. Wird Material lediglich entsorgt, ohne echten Nutzen zu stiften, ist für die Kreislaufwirtschaft wenig gewonnen.

E&M: Sie zeigen, dass Silizium grundsätzlich wieder zu Solarzellen verarbeitet werden kann. Wie weit ist dieser Prozess heute von der industriellen Skalierung entfernt − und wo liegen die größten Herausforderungen?

Obst: Grundsätzlich ist das möglich, technologisch jedoch sehr anspruchsvoll. Solarzellen basieren auf hochreinem Silizium mit spezifischer Dotierung. Um recyceltes Silizium erneut einsetzen zu können, muss zunächst eine der dotierten Schichten entfernt werden, typischerweise die sogenannte Emitterschicht. Das gelingt chemisch, etwa mit Säuren. Anschließend kann das verbleibende Material wieder eingeschmolzen, kristallisiert und zu neuen Wafern verarbeitet werden. Das Problem liegt weniger im Prozess selbst als im technologischen Wandel: Ältere Module basieren meist auf p-Typ-Silizium, während die Industrie heute überwiegend auf n-Typ-Zellen umgestellt hat, die höhere Wirkungsgrade ermöglichen. Recyceltes p-Typ-Silizium hat daher derzeit kaum einen Markt. In der Praxis ist dieser Ansatz also noch weit von einer breiten industriellen Anwendung entfernt.

E&M: Welche Materialien aus heutigen Standardmodulen werden tatsächlich in geschlossenen Kreisläufen geführt − und welche landen letztendlich doch im Downcycling?

Obst: Hier zeigt sich ein gemischtes Bild: Aluminiumrahmen werden heute zu weit über 95 Prozent recycelt − schlicht weil es dafür etablierte Märkte gibt. Ähnlich gut funktioniert das Recycling von Kupfer aus Kabeln und Verbindern mit Rückgewinnungsraten von über 80 bis 90 Prozent. Auch Glas lässt sich grundsätzlich gut zurückgewinnen, ebenfalls im Bereich von über 90 Prozent. Allerdings schwankt die Qualität stark − von nahezu intakten Glasscheiben bis hin zu Glasstaub. Je größer die Partikel, desto höher in der Regel die Reinheit und damit die Qualität bei der Weiterverwendung. Die Kunststoffe hingegen sind das eigentliche Problem: Sie landen meist nicht in geschlossenen Kreisläufen, sondern werden energetisch verwertet.

E&M: Edelmetalle wie Silber sind ökonomisch hochrelevant: Ab wann wird deren Recycling wirtschaftlich tragfähig?

Obst: Die Photovoltaik hat inzwischen einen erheblichen Anteil am globalen Silberverbrauch − zuletzt rund 20 Prozent. Die Silbermengen pro Modul variieren allerdings stark. Ältere Module enthalten bis zu 20 Gramm Silber pro Modul, aktuelle oft weniger als 5 Gramm. Dennoch wird das Recycling auch bei diesen Modulen durch den stark gestiegenen Silberpreis zunehmend wirtschaftlich interessant. Technisch wird Silber heute bereits zurückgewonnen − entweder indirekt über Kupferaufbereitungsprozesse oder aus Schredderfraktionen, etwa mittels hydro- oder pyrometallurgischer Verfahren. Die Aktivitäten in diesem Bereich nehmen deutlich zu. Konkrete Rückgewinnungsquoten sind jedoch schwer zu beziffern, da sie stark vom jeweiligen Verfahren abhängen.

E&M: Wie stark hängt der Recyclingerfolg von manueller Vorzerlegung und Sortierung ab?

Obst: In modernen Anlagen spielt manuelle Arbeit kaum noch eine Rolle. Viele Prozesse sind hochautomatisiert. Unternehmen wie Reiling setzen beispielsweise auf das vollständige Schreddern ganzer Module inklusive Rahmen und Anschlussdose. Anschließend erfolgt die Trennung über verschiedene physikalische Verfahren wie Dichte-, Leitfähigkeits- und Farbsortierung. Andere Anlagen arbeiten mit robotergestützten, sequentiellen Zerlegeprozessen. In beiden Fällen ist der Automatisierungsgrad hoch − manuelle Eingriffe sind kaum noch erforderlich.

E&M: Ohne ‚Design for Recycling‘ bleiben viele Prozesse ineffizient. Warum sehen wir trotzdem kaum recyclingoptimierte PV-Designs im Markt?

Obst: Das liegt vor allem an Zielkonflikten. Ein Solarmodul muss über Jahrzehnte hinweg unter wechselnden Witterungsbedingungen zuverlässig funktionieren. Gleichzeitig soll es sich am Ende seines Lebens möglichst einfach zerlegen lassen − technisch ist das nur schwer zu vereinen. Hinzu kommt, dass wir noch lange mit bestehenden Modulen arbeiten werden, die nicht recyclingoptimiert sind. Selbst wenn heute bessere Designs entwickelt werden, dauert es Jahrzehnte, bis sie in relevanten Mengen im Recycling ankommen. Interessant ist außerdem, dass sich auch die Recyclingtechnologien selbst stark weiterentwickeln. Die Qualität der zurückgewonnenen Materialien hat sich in den vergangenen Jahren bereits deutlich verbessert. Vor diesem Hintergrund könnte es langfristig sogar wichtiger sein, die Lebensdauer von Modulen zu erhöhen − etwa auf 30 oder 40 Jahre −, statt primär auf Recyclingoptimierung zu setzen. (fu)