Отходы солнечной энергетики могут превратиться в рынок на $1 трлн: ученые оценили будущее переработки панелей

Солнечная энергетика считается одним из главных инструментов глобального перехода к низкоуглеродной экономике, однако стремительный рост числа фотоэлектрических установок создает проблему, о которой еще недавно говорили значительно реже. Миллионы панелей, установленных сегодня на крышах домов, промышленных объектах и солнечных электростанциях, через несколько десятилетий придется демонтировать и перерабатывать.

Новое международное исследование показывает, что этот поток отходов может оказаться не только экологической проблемой, но и огромным источником вторичного сырья. По расчетам ученых, к 2060 году в мире может накопиться от 297 до 402 миллионов тонн отработанных солнечных панелей. При грамотной организации переработки содержащиеся в них материалы способны сформировать экономическую ценность, приближающуюся к 1 триллиону долларов.

В исследовании участвовали специалисты из Китая, Австралии и Швеции, в том числе ученые Университета Аделаиды. Работа посвящена не только количеству будущих отходов, но и вопросу, где, какими технологиями и при каких экономических условиях их выгоднее перерабатывать.

Проблема постепенно становится актуальной из-за самого успеха солнечной энергетики. Современные фотоэлектрические панели обычно рассчитаны на несколько десятилетий эксплуатации. После этого их эффективность снижается, оборудование повреждается или морально устаревает, а владельцы заменяют установки более производительными моделями.

Пока большая часть солнечных панелей в мире относительно молода, однако после 2040 года количество оборудования, достигающего конца срока службы, начнет быстро увеличиваться. Особенно крупный поток отходов ожидается в странах, которые сегодня лидируют по темпам строительства солнечных электростанций.

Ученые подчеркивают, что старые панели нельзя рассматривать как обычный строительный мусор. Внутри находятся стекло, алюминий, кремний, серебро, медь и другие материалы, которые имеют самостоятельную промышленную ценность. В некоторых технологиях также используются теллур, кадмий и другие элементы.

Это одновременно делает солнечные панели ценным сырьем и потенциальным источником загрязнения. Если старое оборудование просто отправлять на полигоны или разбирать без соблюдения экологических требований, отдельные компоненты способны попадать в окружающую среду. При промышленной переработке значительную часть материалов можно извлечь и повторно использовать.

Особенно важным сырьем является серебро. В одной панели его немного, однако при переработке миллионов тонн оборудования суммарный объем становится значительным. Кремний также представляет интерес, поскольку высокоочищенный материал может повторно использоваться в промышленности, хотя экономическая целесообразность его извлечения зависит от применяемой технологии.

Авторы исследования построили комплексную модель, охватывающую 1708 вариантов переработки в 32 регионах мира. Учитывались стоимость технологий, цены на материалы, международная торговля, транспортировка, уровень развития инфраструктуры и государственные субсидии.

Расчеты показали, что экономически наиболее эффективной может быть система, в которой регионы используют собственные мощности там, где это целесообразно, а часть отходов направляется в специализированные центры переработки с более современным оборудованием. Благодаря масштабированию такие предприятия способны извлекать материалы дешевле и с меньшими экологическими потерями.

В перспективе глобальная переработка солнечных панелей может принести сотни миллиардов долларов чистой экономической выгоды. При благоприятном развитии технологий и цен на вторичное сырье совокупная стоимость извлекаемых ресурсов и предотвращенных потерь может приблизиться к отметке в 1 триллион долларов.

Экологический эффект тоже может оказаться очень значительным. Повторное использование алюминия, кремния, серебра и других материалов снижает потребность в добыче первичного сырья, производстве новых компонентов и связанных с этим энергетических затратах. Исследователи предполагают, что развитие переработки способно предотвратить выбросы миллиардов тонн углекислого газа в течение нескольких десятилетий.

Однако наиболее эффективная с точки зрения экономики модель одновременно создает риск нового неравенства. Если все отработанные панели будут отправляться в страны с наиболее дешевыми и технологичными предприятиями, именно эти государства получат значительную часть прибыли от вторичных материалов.

Развивающиеся страны при этом могут оказаться в невыгодном положении. Они будут активно использовать солнечную энергетику и со временем столкнутся с растущим объемом отходов, но не обязательно получат доступ к технологиям и инвестициям, позволяющим зарабатывать на переработке.

В худшем случае возникает парадоксальная ситуация: более бедный регион несет экологическую нагрузку от накопления старых панелей, тогда как экономическая стоимость содержащегося в них сырья создается в другом государстве.

Поэтому исследователи считают, что политика переработки должна учитывать не только максимальную эффективность, но и распределение выгод. Одним из возможных механизмов может стать временная поддержка создания предприятий в регионах, где переработка пока экономически менее конкурентоспособна.

Особенно перспективной авторы считают модель постепенно сокращающихся субсидий. На начальном этапе государство помогает создать инфраструктуру и компенсирует часть затрат, но по мере развития рынка объем поддержки уменьшается. Такой подход обходится дешевле постоянного субсидирования и одновременно позволяет новым регионам сформировать собственные производственные компетенции.

Большую роль будут играть и мировые цены на сырье. Чем дороже серебро, алюминий, медь и очищенный кремний, тем выгоднее становится извлечение этих материалов из старых панелей. При падении цен экономическая привлекательность отдельных технологий переработки, напротив, может снижаться.

Еще один фактор — технологический прогресс. Сегодня разделение многослойной структуры солнечной панели может быть сложным и дорогим процессом. Необходимо снять алюминиевую раму, отделить стекло, удалить полимерные слои и извлечь фотоэлектрические элементы, не потеряв ценные материалы.

Новые методы механического, химического и термического разделения способны сделать этот процесс значительно дешевле. Если оборудование для переработки будет автоматизировано, а извлечение серебра и кремния станет более эффективным, ценность отработанных панелей существенно возрастет.

Не менее важно уже сегодня проектировать солнечные панели с учетом их будущей разборки. Производители могут выбирать материалы, клеи и конструктивные решения таким образом, чтобы через 20–30 лет оборудование было легче разделить на компоненты.

Такой подход соответствует принципам экономики замкнутого цикла. Вместо привычной модели «произвести — использовать — выбросить» оборудование рассматривается как временное хранилище ресурсов. После завершения первого жизненного цикла стекло, металлы и другие компоненты возвращаются в промышленность.

Для солнечной энергетики это особенно важно. Нельзя считать технологию полностью экологичной только потому, что в процессе работы панели практически не производят прямых выбросов углекислого газа. Необходимо учитывать добычу сырья, производство оборудования, транспортировку, эксплуатацию и последующую утилизацию.

Главные ресурсы, которые могут извлекаться из отработанных солнечных панелей, можно перечислить в одну строку: алюминий, стекло, кремний, серебро, медь, теллур и другие промышленные материалы.

Исследование показывает, что у мировой солнечной индустрии еще есть время подготовиться. Основная волна выхода панелей из эксплуатации ожидается через десятилетия, поэтому инфраструктуру переработки можно создать заранее, а не после того, как сотни миллионов тонн оборудования уже превратятся в отходы.

Если государства, производители и переработчики начнут строить такую систему сейчас, старые солнечные панели могут стать одним из крупнейших источников вторичного сырья XXI века. В этом случае солнечная энергетика сможет перейти от простой замены ископаемого топлива к более полноценной модели замкнутого производства, где материалы используются многократно.