Solarmodule, die private Nutzern vor vielen Jahren im Rahmen von Förderprogrammen installiert haben, nähern sich dem Ende ihres Lebenszyklus. Viele von ihnen landen bereits auf der Mülldeponie.
Solarmodule gelten als Universalabfall. Dafür gibt es in Kalifornien mehr als 400 Sammelstellen. Dort wird über die Entsorgung, Wiederverwendung, oder den Transport zu einer Recyclinganlage entschieden. Obwohl ein typisches Photovoltaik-Paneel zu 80 % aus wiederverwertbaren Materialien besteht, ist es äußerst schwierig, ein Paneel zu zerlegen und das Glas, Silber und Silizium zurückzugewinnen (Los Angeles Times, 14.07.2022)
Kalifornien setzte schon sehr früh auf Photovoltaik
Kalifornien war ein Pionier bei der Förderung der Solarenergie auf Dächern und baute den größten Solarmarkt der USA auf. Mehr als 20 Jahre und 1,3 Millionen Dächer später ist die Rechnung nun fällig.
Im Jahr 2006 begann der Staat, Anreize für die Nutzung von Solarenergie zu schaffen, und subventionierte Hausbesitzer. Damals gab es aber keinen umfassenden Plan für die Entsorgung der Anlagen. Jetzt nähern sich die im Rahmen dieser Programme gekauften Module dem Ende ihres typischen Lebenszyklus von 25 bis 30 Jahren (California Public Utilities Commission).
Bild: Monash University Lens veröffentlicht unter CC BY-NC-ND 4.0
Viele landen bereits auf Mülldeponien, wo sie in einigen Fällen das Grundwasser mit giftigen Schwermetallen wie Blei, Selen und Kadmium verseuchen könnten.
Sam Vanderhoof, ein Experte für die Solarbranche und Geschäftsführer von Recycle PV Solar, sagt, dass nach Schätzungen der Internationalen Agentur für Erneuerbare Energien (IEEA) und von Branchenführern nur eines von zehn Modulen tatsächlich fachgerecht recycelt wird. Die sich abzeichnende Herausforderung, wie man mit Lkw-Ladungen von Abfällen umgehen soll, von denen einige kontaminiert sind, zeigt, wie eine hochmoderne Umweltpolitik zu unvorhergesehenen Problemen führen kann.
„Die Industrie sollte eigentlich grün sein“, sagte Vanderhoof. „Aber in Wirklichkeit geht es nur ums Geld“.
Kalifornien hat Solaranlagen gefördert, ohne an deren Entsorgung zu denken
Kalifornien hat sich früh für die Solarenergie entschieden. Bis 2006, als die California Public Utilities Commission die California Solar Initiative ins Leben rief, trugen kleine staatliche Rabatte nur wenig dazu bei, den Preis für Solarmodule zu senken oder deren Einsatz zu fördern. Im Rahmen dieser Initiative gewährte Kalifornien 3,3 Milliarden Dollar an Subventionen für die Installation von Solarzellen auf Dächern.
Die Maßnahme übertraf ihre Ziele, senkte die Preise für Solarmodule und steigerte den Anteil der von der Sonne erzeugten Elektrizität im Bundesstaat. Aufgrund dieser und anderer Maßnahmen, wie etwa der Verpflichtung der Versorgungsunternehmen, einen Teil ihres Stroms aus erneuerbaren Quellen zu beziehen, beträgt der Anteil der Solarenergie an der Stromversorgung des Bundesstaates inzwischen 15 % (California Energy Commission).
Doch während Kalifornien sein Programm für erneuerbare Energien mit Nachlässen und, in jüngster Zeit, mit einer vorgeschlagenen Solarsteuer vorantrieb, hat man die Frage nach dem Umgang mit dem Abfall, der Jahre später anfallen, nie vollständig geklärt. Jetzt stellen sowohl die Regulierungsbehörden als auch die Hersteller von Solarmodulen fest, dass sie nicht die Kapazitäten haben, um das zu bewältigen, was als Nächstes kommt.
„Dieser Müll wird wahrscheinlich früher anfallen, als wir erwartet haben, und es wird eine riesige Menge an Abfall sein.“ Sagte Serasu Duran, Assistenzprofessor an der Haskayne School of Business der Universität Calgary in Kanada. „Aber während man sich auf den Aufbau dieser erneuerbaren Kapazitäten konzentriert hat, wurde das Ende der Lebensdauer dieser Technologien kaum berücksichtigt.“
Experten erwarten „Abfallflut“ von ausrangierten Solarmodulen
Duran war Mitverfasser eines kürzlich erschienenen Artikels in der Harvard Business Review, in dem er feststellte, dass die Kapazitäten der Branche „auf die wahrscheinlich kommende Abfallflut nicht vorbereitet sind“.
Das ist nicht nur ein Problem in Kalifornien, sondern auch in der ganzen USA. Laut einem Merkblatt der Solar Energy Industries Assn (SEIA) wurde 2021 in den USA alle 60 Sekunden ein neues Solarprojekt installiert. Dabei erwartet Solar Energy Industries, dass sich die Größe der Solarindustrie zwischen 2020 und 2030 vervierfacht (SEIA, 16.03.2022).
Obwohl ein typisches Photovoltaik-Paneel zu 80 % aus wiederverwertbaren Materialien besteht, ist es äußerst schwierig, es zu zerlegen und das Glas, Silber und Silizium zurückzugewinnen.
„Es besteht kein Zweifel daran, dass in den nächsten zehn Jahren immer mehr Solarmodule in den Abfallstrom gelangen werden“, sagte AJ Orben, Vizepräsident von We Recycle Solar (https://werecyclesolar.com/), einem in Phoenix ansässigen Unternehmen, das die Module zerlegt und die wertvollen Metalle extrahiert. Übrig bleiben dann nur die giftigen Elemente zur Entsorgung.
Der größte Teil des Geschäfts von We Recycle Solar kommt aus Kalifornien, aber das Unternehmen hat keine Anlagen in diesem Bundesstaat. Stattdessen transportiert man die Module per Lkw zu einem Standort in Yuma, Arizona. Das liegt daran, dass das strenge kalifornische Genehmigungssystem für giftige Materialien die Errichtung eines Standorts äußerst schwierig macht, so Orben.
Recycling von Solarmodulen technisch sehr aufwendig und komplex
Das Recycling von Solarmodulen ist kein einfacher Prozess. Es werden hoch spezialisierte Geräte und Arbeiter benötigt, um den Aluminiumrahmen und die Anschlussdose vom Modul zu trennen, ohne dass diese in Glasscherben zerfällt. Die Paneele erhitzt man in speziellen Öfen, um das Silizium zurückzugewinnen. In den meisten Staaten werden die Paneele als Gefahrgut eingestuft, was teure Einschränkungen bei Verpackung, Transport und Lagerung erfordert. Die überwiegende Mehrheit der Solaranlagen für Privathaushalte in den USA besteht aus kristallinem Silizium, das Blei enthalten kann, auch wenn es in neueren Modulen weniger häufig vorkommt. Dünnschicht-Solarpaneele, die Cadmium und Selen enthalten, finden vor allem in der Energieversorgung eine Anwendung. (ScienceDirect, Vol. 27 Januar 2020)
Orben sagte, dass die Wirtschaftlichkeit des Prozesses kein zwingendes Argument für das Recycling darstellt.
Aus jedem Solarmodul werden Materialien im Wert von nur etwa 2 bis 4 Dollar zurückgewonnen. Der Großteil der Verarbeitungskosten entfällt auf den Arbeitsaufwand, und Orben sagte, dass selbst das Recycling von Solarmodulen in großem Maßstab nicht wirtschaftlich wäre. Die meisten Forschungsarbeiten zu Photovoltaikmodulen konzentrieren sich auf die Rückgewinnung von Silizium in Solarqualität, um das Recycling wirtschaftlich zu machen.
Dadurch werden die wirtschaftlichen Anreize für das Recycling verzerrt. Das National Renewable Energy Laboratory schätzt, dass es etwa 20 bis 30 Dollar kostet, ein Panel zu recyceln, während es nur 1 bis 2 Dollar kostet, es auf eine Mülldeponie zu bringen.
Es ist billiger Solarmodule in einer Mülldeponie zu entsorgen als die module zu recyceln
Die meisten Experten gehen davon aus, dass der Großteil der Paneele derzeit dort landet. Aber das ist nur eine Vermutung. Natalie Click, Doktorandin der Materialwissenschaften an der Universität von Arizona, sagt, dass es kein einheitliches System gibt, um „zu verfolgen, wohin all diese ausgemusterten Paneele gehen“.
Die kalifornische Behörde für toxische Substanzen sammelte 2021 erstmals Daten über die von universellen Abfallverwertern recycelten Module. Für Betriebe, die mehr als 90 kg annahmen oder mehr als 4500 kg Paneele erzeugten, zählte das DTSC 335 Paneele, die zum Recycling angenommen wurden, sagte Sanford Nax, ein Sprecher der Behörde.
Die Behörde geht davon aus, dass die Zahl der installierten Solarmodule in den nächsten zehn Jahren allein in Kalifornien Hunderte von Millionen übersteigen wird und dass das Recycling noch wichtiger wird, da billigere Module mit kürzerer Lebensdauer immer beliebter werden.
Das mangelnde Bewusstsein der Verbraucher über die Giftigkeit der Materialien in einigen Modulen und deren Entsorgung ist Teil des Problems, so die Experten.
„Es gibt eine Informationslücke, eine technologische Lücke und eine finanzielle Lücke, an der wir arbeiten“, sagte Amanda Bybee, Mitbegründerin von SolarRecycle.org (https://www.solarrecycle.org/), einer Website, die den Menschen helfen soll zu verstehen, wie man Solarmodule recycelt und wie der Prozess funktioniert.
Unklar wo Solarmodule überhaupt landen – Neue Regelung soll die Entsorgung vereinfachen
Letztes Jahr trat eine neue DTSC-Verordnung mit einer neuen Einstufung der Solarmodule und deren Transport in Kraft. Bisher galten alle Module als gefährlicher Abfall, was den Transport und die Lagerung einschränkte (NRLE, März 2021).
Sowohl gewerbliche als auch private Verbraucher, oder Erzeuger, sollten die Paneele selbst zu zertifizierten Recycling- oder Sondermüllentsorgungsanlagen transportieren. Da es kaum Möglichkeiten zur Nachverfolgung gibt, ist unklar, wie häufig dies tatsächlich geschah.
Jetzt werden die Platten als Universalabfall eingestuft. Die Module können bei mehr als 400 Sammelstellen für Universalabfall in Kalifornien abgegeben werden. Die neuen Vorschriften sollten es den Menschen erleichtern, ihre Paneele abzugeben, aber sie gehen nicht direkt auf den nächsten Schritt ein – das fachgerechte Recycling.
„Diese Vorschrift ändert eigentlich nur, wie das Material gehandhabt, verwaltet, gelagert und transportiert wird“, sagte Orben von We Recycle Solar. „Sie ändert nichts daran, wie das Material tatsächlich verarbeitet wird.“
2016 startete die Solar Energy Industries Assn., ein gemeinnütziger Handelsverband für die US-Solarindustrie, ein Recyclingprogramm für Solarmodule. Robert Nicholson, Leiter der PV-Recyclingabteilung des Verbandes, sagte, das Programm solle den bisher fünf Recyclingpartnern der Industriegruppe helfen, „konforme, kosteneffektive Recyclingdienste für Altmodule zu entwickeln“.
„Die meisten Recycler sind bereits existierende Recycler, die in erster Linie Elektroschrott oder Glas recyceln“, sagte Evelyn Butler, die Vizepräsidentin für technische Dienstleistungen des Verbands. „Wir mussten also mit ihnen zusammenarbeiten, um den Sprung zu wagen und zu sagen: ‚Wir glauben, dass die Prozesse, die ihr anwendet, die Technologie aufnehmen können‘.“ Der Verband arbeitet auch mit den Aufsichtsbehörden zusammen, um Gesetze zu entwerfen, die die Anzahl der auf Mülldeponien zu entsorgenden Module verringern.
Staat muss eingreifen und für die Entsorgung der Module zahlen
Staatliche Subventionen sind eine Möglichkeit, das Recycling von Solarmodulen für die Abfallerzeuger, die jetzt einen Großteil der Kosten für das Recycling tragen, wirtschaftlich zu machen.
In Europa hat die EU-Richtlinie über Elektro- und Elektronik-Altgeräte die Hersteller in die Pflicht genommen, ihre Produkte am Ende ihres Lebenszyklus verantwortungsvoll zu entsorgen. Sie verpflichtet alle Hersteller, die Paneele für Länder in der EU herstellen, die Sammlung und das Recycling am Ende der Lebensdauer zu finanzieren.
In einem Interview mit dem PV Magazine aus dem Jahr 2020 sagte Jigar Shah, Mitbegründer von Generate Capital, einem Fonds, der in nachhaltige Infrastrukturen investiert, dass das Problem bereits am Anfang der Produktkette angegangen werden kann. Shah, der jetzt Direktor des Büros für Kreditprogramme des Energieministeriums ist, sagte, dass die politischen Entscheidungsträger die Hersteller verpflichten müssen, ein Standarddesign zu entwickeln, das das Recycling von Modulen einfacher und billiger macht (pv-magazine, 03.12.2020).
„„Es ist viel kosteneffektiver, wenn die Hersteller gezwungen werden, zusammenzuarbeiten … und versuchen, die Kosten für all das gemeinsam zu senken. Das geschieht durch die Politik“, sagte er. „Es geschieht nicht dadurch, dass die Menschen sich dafür entscheiden.“
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