Ερευνητές στην Κίνα ανέπτυξαν μια νέα, φιλικότερη προς το περιβάλλον μέθοδο ανάκτησης αργύρου από φωτοβολταϊκά πάνελ στο τέλος της ζωής τους, χωρίς τη χρήση τοξικών οξέων (Interesting Engineering)
Η διαδικασία βασίζεται σε ένα λουτρό τηγμένου μείγματος υδροξειδίου του νατρίου και υδροξειδίου του καλίου και επιτυγχάνει ανάκτηση αργύρου έως και 97,11%, περιορίζοντας παράλληλα τη φθορά του υποκείμενου δίσκου πυριτίου στο 2,6%.
Ερευνητές από την Κίνα παρουσίασαν μια νέα, φιλική προς το περιβάλλον μέθοδο εξαγωγής πολύτιμου αργύρου από φωτοβολταϊκά πάνελ που έχουν αποσυρθεί από τη χρήση, χωρίς την αξιοποίηση τοξικών οξέων.
Η διαδικασία περιλαμβάνει την εμβάπτιση των φωτοβολταϊκών κυψελών σε ένα τηγμένο μείγμα αλάτων υδροξειδίου του νατρίου και υδροξειδίου του καλίου. Το λουτρό τηγμένων αλάτων αποδυναμώνει την επίστρωση της κυψέλης πυριτίου, επιτρέποντας στα ασημένια αγώγιμα σύρματα να αποκολληθούν ακέραια, ως καθαρό μέταλλο.
Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Ningxia ανέκτησαν έως και το 97% του αργύρου, περιορίζοντας τη φθορά του υποκείμενου δίσκου πυριτίου μόλις στο 2,6%.
«Τα ευρήματα αυτά αποσαφηνίζουν τους μηχανισμούς ανάκτησης πολύτιμων μετάλλων από κρυσταλλικά φωτοβολταϊκά υλικά χωρίς τη χρήση οξέων και με περιορισμένες απώλειες», σημείωσε η ερευνητική ομάδα στη δημοσιευμένη μελέτη.
Η σύνθεση του λουτρού τηγμένων αλάτων
Η πρώτη γενιά εμπορικών φωτοβολταϊκών πάνελ πλησιάζει στο τέλος της διάρκειας ζωής της, η οποία κυμαίνεται μεταξύ 25 και 30 ετών. Η γήρανση αυτής της υποδομής δημιουργεί ένα σημαντικό πρόβλημα αποβλήτων, αλλά ταυτόχρονα αποτελεί και μια μεγάλη ευκαιρία ανάκτησης πολύτιμων υλικών.
Ο άργυρος αντιπροσωπεύει λιγότερο από το 0,03% του βάρους ενός φωτοβολταϊκού πάνελ που έχει αποσυρθεί, ωστόσο αντιστοιχεί σχεδόν στο μισό της χρηματικής του αξίας. Μέχρι σήμερα, η ανάκτηση αυτού του πολύτιμου μετάλλου δεν ήταν ιδιαίτερα φιλική προς το περιβάλλον.
Μια κινεζική ερευνητική ομάδα σχεδίασε μια καθαρότερη εναλλακτική μέθοδο. Η νέα εργαστηριακή διαδικασία χρησιμοποιεί ένα τηγμένο μείγμα υδροξειδίου του νατρίου και υδροξειδίου του καλίου, προκειμένου να αποκολλήσει τα ασημένια σύρματα από φωτοβολταϊκές κυψέλες που έχουν ολοκληρώσει τον κύκλο ζωής τους.
Οι συνήθεις μέθοδοι ανακύκλωσης φωτοβολταϊκών χρησιμοποιούν εκχύλιση με οξέα. Το νιτρικό οξύ διαλύει τον στερεό άργυρο και τον μετατρέπει σε ιόντα αργύρου, με αποτέλεσμα να παράγονται τοξικές εκπομπές οξειδίων του αζώτου, όξινα υγρά απόβλητα και να απαιτείται μια σύνθετη διαδικασία χημικής ανάκτησης.
Η προσέγγιση με τα τηγμένα άλατα παρακάμπτει πλήρως αυτό το χημικό στάδιο.
Το θερμό λουτρό αλάτων στοχεύει στο στρώμα παθητικοποίησης από νιτρίδιο του πυριτίου (SiNx) της φωτοβολταϊκής κυψέλης, αντί να διαλύει απευθείας το μέταλλο.
Η διαδικασία διαβρώνει το συγκεκριμένο στρώμα, αποδυναμώνει τον συγκολλητικό δεσμό στη διεπιφάνεια και επιτρέπει στα μεταλλικά ασημένια σύρματα να αποκολληθούν ακέραια.
Φιλική προς το περιβάλλον μέθοδος
Η διαδικασία είναι ταχεία. Σε θερμοκρασία 230°C και με χρόνο επεξεργασίας 150 δευτερολέπτων, το σύστημα ανέκτησε το 94,34% του αργύρου της κυψέλης, αφαιρώντας παράλληλα την επίστρωση SiNx.
Υπό τις βέλτιστες συνθήκες λειτουργίας, το συνολικό ποσοστό ανάκτησης αργύρου έφτασε το 97,11%.
Η προστασία του υποκείμενου δίσκου πυριτίου αποδείχθηκε μία από τις σημαντικότερες τεχνικές προκλήσεις. Οι αρχικές μέθοδοι τηγμένων αλάτων δεν κατάφερναν να αποτρέψουν τη διάβρωση του πολύτιμου υποστρώματος πυριτίου από το λουτρό.
Η ερευνητική ομάδα κατάφερε να περιορίσει τη συγκεκριμένη φθορά, αφού πρώτα εντόπισε τον ακριβή χημικό μηχανισμό που προκαλεί τη διάβρωση.
Τα ιόντα υδροξειδίου προσβάλλουν το εκτεθειμένο πυρίτιο αμέσως μόλις αφαιρεθεί το προστατευτικό στρώμα νιτριδίου του πυριτίου. Η αντίδραση αυτή μετατρέπει το πυρίτιο σε διαλυτά πυριτικά άλατα, αφήνοντας μικροσκοπικές κοιλότητες σε ολόκληρη την επιφάνεια.
Οι ερευνητές περιόρισαν τη συνολική απώλεια πυριτίου στο 2,62%, σε θερμοκρασία 230°C και χρόνο επεξεργασίας 100 δευτερολέπτων, ελέγχοντας με ακρίβεια τη θερμοκρασία του λουτρού και τη διάρκεια έκθεσης.
«Στους 230°C και για 150 δευτερόλεπτα, η ανάκτηση αργύρου έφτασε το 94,34%, ενώ το στρώμα παθητικοποίησης SiNx αφαιρέθηκε αποτελεσματικά. Η μέγιστη ανάκτηση αργύρου ανήλθε στο 97,11%», αναφέρει η μελέτη.
Παρότι η διαδικασία βρίσκεται προς το παρόν σε εργαστηριακό στάδιο, η κατανόηση των μηχανισμών άμεσης αποκόλλησης του αργύρου θα μπορούσε να προσφέρει μια πρακτική λύση για τη βιομηχανική ανακύκλωση με περιβαλλοντικά φιλικό τρόπο.
Η μέθοδος προσφέρει μια προσέγγιση χωρίς οξέα και με περιορισμένες απώλειες, για την ανάκτηση πολύτιμου αργύρου από φωτοβολταϊκά πάνελ κρυσταλλικού πυριτίου που έχουν αποσυρθεί, χωρίς να προκαλείται σημαντική φθορά στο υποκείμενο υπόστρωμα.
Η συγκεκριμένη εξέλιξη έρχεται σε μια κρίσιμη χρονική στιγμή, καθώς η παγκόσμια αγορά φωτοβολταϊκών προετοιμάζεται για τη μεγάλη αύξηση των αποβλήτων από παλιά πάνελ που αναμένεται τα επόμενα χρόνια.
(Τα ευρήματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στις 28 Οκτωβρίου στο επιστημονικό περιοδικό Journal of Cleaner Production)
www.worldenergynews.gr
