Neue Solarmodule aus Solarmodulabfällen

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Solarenergie ist saubere Energie. Schlicht und einfach.

Doch schon bald wird es kompliziert, wenn es darum geht, die Rohstoffe zu beschaffen, die wir für die Herstellung von Solarmodulen benötigen. Nicht nur, dass die meisten dieser Rohstoffe aus China stammen, sondern auch, dass bis zu einem Drittel des Materials während des Herstellungsprozesses verloren geht.

„Aber es ist möglich, dieses Material im Rahmen des Produktionsprozesses zurückzugewinnen“, sagt Martin Bellmann. Er ist Senior Business Developer bei SINTEF Industry und leitet das internationale EU-finanzierte Solarpanel-Projekt namens Icarus.

„Und vielleicht können wir dadurch eine neue Solarindustrie in Europa etablieren“, sagt er.

Solarmodule machen derzeit 60 Prozent des weltweiten Wachstums erneuerbarer Energien aus.

Bellmann erklärt, wie Solarmodule mit dem Mineral Quarz beginnen, aus dem hochreines Silizium hergestellt wird. Zunächst wird das Silizium in einem Tiegel geschmolzen und ein Siliziumkristall oder Barren herausgezogen.

„Der Barren bildet eine Art Zylinder, der wächst und wächst, indem er das Silizium langsam aus dem Tiegel zieht“, sagt Bellmann. „Dann wird es zu einem quadratischen Block geschnitten, der in dünne Scheiben, oder Wafer, wie wir Forscher sie nennen, zersägt wird.“

Ein typischer Wafer ist nur 0,13 Millimeter (13 Mikrometer) dick und aus diesen Wafern werden Solarmodule hergestellt.

Bei all dem Sägen entsteht jedoch eine Menge „Sägemehl“-Pulver. Es ist wie beim Sägen eines Holzbretts – ein Teil des Holzes geht in Form von Sägemehl verloren. Das Gleiche passiert, wenn Sie einen Siliziumblock durchsägen, selbst wenn Sie dünne Diamantdrähte verwenden. Ein Teil des Materials geht immer als „Siliziumpulver“ verloren.

„Wir verlieren 35 Prozent des Siliziums in Form eines schwarzen Pulvers“, sagt Bellmann.

Genau dieses Pulver, das er das neue schwarze Gold nennt, wollen die Forscher ausnutzen.

„Heute werfen wir dieses Pulver einfach weg. „Das Icarus-Projekt untersucht in erster Linie Möglichkeiten, das Pulver in die Wertschöpfungskette zurückzuführen und daraus Siliziumkristalle und Solarpaneele herzustellen“, sagt er.

Das Pulver wird in einer flüssigen Schlammmischung gesammelt, die auch Verunreinigungen aus dem Sägeprozess wie Sauerstoff, Kohlenstoff, Nickel, Eisen und Aluminium enthält.

„Durch diese Metalle verunreinigtes Silizium ist nicht gut für die Herstellung von Solarmodulen“, sagt Bellman.

Deshalb arbeitet er gemeinsam mit Icarus-Projektpartnern daran, das Siliziumpulver zu dekontaminieren, damit es als Rohstoff für neue Solarmodule recycelt werden kann.

Was wir heute als Abfall betrachten, kann in anderen Produkten wie Batterien für Elektrofahrzeuge verwendet werden. Mehrere Partner testen unterschiedliche Möglichkeiten, Silizium aus dem verunreinigten Gemisch abzutrennen.

Ziel ist natürlich eine bessere Ausbeutung des Rohstoffs, was wiederum gut für die Umwelt und das Klima ist. Es ist aber auch erklärtes Ziel, dass Europa eine größere Autarkie erreicht.

„Der europäische Solarpanelsektor war früher größer als heute, aber alles wurde nach China verlagert“, sagt Bellmann. „Heute sind wir stark auf Rohstoffe aus Asien angewiesen, und Silizium ist da keine Ausnahme. Wir planen, mit dem Siliziumpulver dazu beizutragen, unsere Abhängigkeit von China zu verringern.“

Bellmann hofft, dass das Icarus-Forschungsprojekt die Grundlage für eine neue Industrie bilden wird, vielleicht auch in Norwegen. Die norwegische Energie ist sauber, und das ist in diesem Zusammenhang ein großer Vorteil.

Ein Vorteil des Icarus-Projekts besteht darin, dass Forscher planen, die Quarztiegel zu recyceln, die zum Schmelzen des Siliziums verwendet werden, bevor es in Kristalle gezogen wird.

„Die Tiegel zerbrechen, wenn sie im Schmelzofen abkühlen. Jedes Mal, wenn Sie Quarz riechen, müssen Sie sich einen neuen Tiegel besorgen und den alten wegwerfen. Unser Ziel ist es, dieses als Rohstoff für die Herstellung von Siliziumkarbid zu nutzen“, sagt Bellmann.

Siliziumkarbid wird unter anderem in der Elektronikindustrie eingesetzt, Elektrofahrzeuge sind nur eines von vielen Produkten, die das Material enthalten.

„Normalerweise verwenden wir zur Herstellung von Siliziumkarbid sogenannten hochreinen Quarz, der aber sehr teuer ist“, sagt Bellmann. „Unsere Idee ist, dass es möglich sein könnte, hochreinen Quarz durch Tiegelabfälle zu ersetzen, bei denen es sich im Wesentlichen um Quarz von sehr hoher Reinheit handelt.“

Das Icarus-Projekt befasst sich auch mit der Wiederverwertung von Graphitabfällen als Rohstoff unter anderem für den Einsatz in Batterien.

„Auch hochreiner Graphit wird verworfen. Es wird in den Öfen verwendet, in denen die Siliziumkristalle herausgezogen werden, muss jedoch von Zeit zu Zeit ersetzt werden, da es seine Eigenschaften verliert. „Das Icarus-Projekt arbeitet derzeit mit Graphitabfällen mit dem Ziel, diese zu recyceln“, sagt Bellmann.

Das EU-finanzierte Icarus-Projekt widmet sich der Nutzung von Abfällen, die bei der Herstellung von Solarpaneelen anfallen, als Rohstoff. SINTEF koordiniert das Projekt.

Zu den Partnern gehören die norwegischen Unternehmen Northern Silicon, Norsun, Resitec und Fiven; Rosi, Grenoble INP, CEA und Benkei aus Frankreich; Luxchemtech, Bifa und SGL Carbon aus Deutschland; Cidetec aus Spanien, die Universität Zypern, Magneti Marelli aus Italien, Gränges aus Schweden und Chemconserve aus den Niederlanden.

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