Ερευνητές με έδρα την Κίνα παρουσίασαν μια νέα, φιλική προς το περιβάλλον μέθοδο για την εξαγωγή πολύτιμου αργύρου από φωτοβολταϊκά πάνελ που έχουν αποσυρθεί από τη χρήση, χωρίς τη χρήση τοξικών οξέων.
Η διαδικασία βυθίζει τα φωτοβολταϊκά κύτταρα σε ένα τηγμένο μείγμα αλάτων υδροξειδίου του νατρίου και υδροξειδίου του καλίου. Το τηγμένο αλάτι αποδυναμώνει την επίστρωση του πυριτίου στο πάνελ, επιτρέποντας στα ασημένια σύρματα να αποκολληθούν ακέραια, ως καθαρό μέταλλο.
Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Ningxia ανέκτησαν έως και το 97% του αργύρου, περιορίζοντας παράλληλα τη ζημιά στην υποκείμενη πλάκα πυριτίου μόλις στο 2,6%, σύμφωνα με δημοσίευμα του Interesting Engineering.
«Τα ευρήματα αυτά αποσαφηνίζουν τους μηχανισμούς ανάκτησης πολύτιμων μετάλλων από κρυσταλλικά φωτοβολταϊκά υλικά πυριτίου χωρίς τη χρήση οξέων και με χαμηλές απώλειες», σημείωσε η ερευνητική ομάδα στη μελέτη της.
Η σύνθεση των τηγμένων αλάτων
Η πρώτη γενιά εμπορικών φωτοβολταϊκών πάνελ φτάνει στο τέλος της διάρκειας ζωής της, η οποία κυμαίνεται από 25 έως 30 χρόνια. Η γήρανση αυτών των εγκαταστάσεων αποτελεί σημαντικό πρόβλημα απορριμμάτων, αλλά ταυτόχρονα και μια τεράστια ευκαιρία ανάκτησης πολύτιμων υλικών.
Ο άργυρος αντιπροσωπεύει λιγότερο από το 0,03% του βάρους ενός φωτοβολταϊκού πάνελ που έχει αποσυρθεί, ωστόσο αντιστοιχεί σχεδόν στο ήμισυ της χρηματικής του αξίας. Η ανάκτηση αυτού του πολύτιμου μετάλλου δεν ήταν μέχρι σήμερα φιλική προς το περιβάλλον.
Μια κινεζική ομάδα σχεδίασε μια καθαρότερη εναλλακτική λύση. Η νέα μέθοδος, η οποία εφαρμόζεται σε εργαστηριακή κλίμακα, χρησιμοποιεί ένα τηγμένο μείγμα υδροξειδίου του νατρίου και υδροξειδίου του καλίου, προκειμένου να αποκολλήσει τα ασημένια σύρματα από τα φωτοβολταϊκά κύτταρα που έχουν αποσυρθεί.
Η συνήθης ανακύκλωση φωτοβολταϊκών χρησιμοποιεί εκχύλιση με οξέα. Το νιτρικό οξύ διαλύει τον στερεό άργυρο και τον μετατρέπει σε ιόντα αργύρου, αφήνοντας στους ανακυκλωτές τοξικές εκπομπές οξειδίων του αζώτου, ρεύματα όξινων υγρών αποβλήτων και μια σύνθετη διαδικασία χημικής ανάκτησης. Η μέθοδος των τηγμένων αλάτων παρακάμπτει πλήρως αυτό το στάδιο της χημικής επεξεργασίας.
Το θερμό λουτρό αλάτων στοχεύει στο στρώμα παθητικοποίησης από νιτρίδιο του πυριτίου (SiNx) του φωτοβολταϊκού κυττάρου, αντί να διαλύει απευθείας το μέταλλο. Διαβρώνει αυτό το στρώμα, αποδυναμώνει τον συγκολλητικό δεσμό στη διεπιφάνεια και επιτρέπει στα ακέραια μεταλλικά σύρματα αργύρου να αποκολληθούν.
Φιλική προς το περιβάλλον μέθοδος
Η διαδικασία είναι ταχεία. Σε θερμοκρασία 230 °C και για 150 δευτερόλεπτα, το σύστημα ανέκτησε το 94,34% του αργύρου του φωτοβολταϊκού κυττάρου, αφαιρώντας παράλληλα την επίστρωση SiNx. Υπό τις βέλτιστες συνθήκες, το συνολικό ποσοστό ανάκτησης αργύρου έφτασε το 97,11%.
Η προστασία της υποκείμενης πλάκας πυριτίου αποδείχθηκε ένα δύσκολο εμπόδιο. Οι πρώτες μέθοδοι με τη χρήση τηγμένων αλάτων δεν κατάφεραν να αποτρέψουν τη διάβρωση του πολύτιμου υποστρώματος πυριτίου από το λουτρό αλάτων. Η ερευνητική ομάδα περιόρισε αυτή τη ζημιά, αφού προσδιόρισε τον ακριβή χημικό μηχανισμό που προκαλεί τη διάβρωση.
Τα ιόντα υδροξειδίου προσβάλλουν το εκτεθειμένο πυρίτιο μόλις αφαιρεθεί το προστατευτικό στρώμα νιτριδίου του πυριτίου. Αυτή η αντίδραση μετατρέπει το πυρίτιο σε διαλυτά πυριτικά άλατα, αφήνοντας μικροσκοπικές κοιλότητες σε όλη την επιφάνεια. Οι ερευνητές περιόρισαν τη συνολική απώλεια πυριτίου στο 2,62%, σε θερμοκρασία 230 °C και για 100 δευτερόλεπτα, ελέγχοντας με ακρίβεια τη θερμοκρασία του λουτρού και τον χρόνο έκθεσης.
«Στους 230 °C για 150 δευτερόλεπτα, η ανάκτηση αργύρου έφτασε το 94,34% και το στρώμα παθητικοποίησης SiNx αφαιρέθηκε αποτελεσματικά, ενώ η μέγιστη ανάκτηση αργύρου ανήλθε στο 97,11%», ανέφερε η μελέτη.
Παρότι η διαδικασία εφαρμόζεται προς το παρόν μόνο σε εργαστηριακή κλίμακα, η κατανόηση των μηχανισμών άμεσης αποκόλλησης του αργύρου θα μπορούσε να προσφέρει μια πρακτική λύση για τη φιλική προς το περιβάλλον βιομηχανική ανακύκλωση. Προσφέρει μια προσέγγιση χωρίς οξέα και με χαμηλές απώλειες για την ανάκτηση πολύτιμου αργύρου από φωτοβολταϊκά πάνελ πυριτίου που έχουν αποσυρθεί από τη χρήση, χωρίς να προκαλείται ζημιά στο υποκείμενο υπόστρωμα.
Η συγκεκριμένη προσέγγιση έρχεται σε μια κρίσιμη χρονική στιγμή, καθώς προετοιμάζει την παγκόσμια αγορά φωτοβολταϊκών για τον τεράστιο όγκο αποβλήτων από πάνελ που αναμένεται τα επόμενα χρόνια.
www.worldenergynews.gr
