Er is werk aan de winkel om een circulaire productieketen op te zetten en om op zoek te gaan naar een tweede leven voor producten en materialen.
Dit artikel is gebaseerd op een uitgebreide wetenschappelijke review paper. Onderaan kan je referenties vinden naar de volledige paper en meer informatie over dit thema.
Een circulaire productieketen voor zonnepanelen, wat houdt dat in? Denk aan recyclage en hergebruik van ruwe materialen tot herstellen, herwaarderen en hergebruiken van afgedankte installaties. Eszter Voroshazi, groepsleider van de PV module en systeemactiviteiten bij imec, en Ioannis Tsanakas, Marie Curie onderzoeker bij imec, introduceren de hoe, wat en waarom van circulaire PV. Ze zijn beiden verbonden aan EnergyVille, een samenwerking tussen imec, VITO, KU Leuven en UHasselt voor onderzoek naar duurzame energie en intelligente energiesystemen.
Een berg afval, een berg mogelijkheden
De fotovoltaïsche (PV) industrie kent een gigantische groei, met name in het laatste decennium. Zowat tachtig procent van alle installaties van zonnecellen wereldwijd gebeurde in de laatste vijf jaar. Momenteel is PV wereldwijd goed voor meer dan vijfhonderd Gigawatt piekvermogen en – uitgaande van de huidige groei – verdubbelt dat naar meer dan een Terawatt tegen 2022.
De keerzijde van de medaille is dat een groot aantal van die PV-systemen het einde van hun levensduur bereiken binnen enkele jaren. Zonder afdoende maatregelen zullen deze opstapelen op de afvalberg.
Studies tonen aan dat wereldwijd afval van PV-modules kan oplopen tot acht miljoen ton tegen 2030 en het gecumuleerd tienvoud ervan tegen 2050.
Zonder het afval mee te rekenen dat ontstaat in de productieketen of door modules die worden afgedankt voor het verlopen van hun technologische levensduur (bv. door verzekeringsclaims, herinrichting van de energie-infrastructuur etc.).
Eerder dan dit te beschouwen als een onoverkomelijk probleem, wil de PV-sector het creatief aanpakken, o.a. door nieuwe verdienmodellen te bedenken doorheen de hele waardeketen. In toenemende mate besteedt de sector aandacht en middelen aan een meer gestroomlijnd productie- en onderhoudsproces om een zo kostenefficiënt mogelijke eerste levenscyclus te garanderen. En aan (economisch) duurzame modellen voor ophaling en herstelling om ook een betrouwbare en competitieve werking te garanderen tijdens een eventuele tweede levenscyclus.
Vooral focus op recyclage terwijl hergebruik ook heel waardevol kan zijn
Recyclage en hergebruik van ruwe materialen, herstellen of herwaarderen van afgedankte installaties met het oog op een tweede levenscyclus… zijn allen van belang voor een duurzame ecologische en economische toekomst van een op PV-gebaseerde energiesector.
Er is al best wat onderzoek gebeurd en er bestaan bijvoorbeeld al stroomdiagrammen om doorheen deze verschillende opties te navigeren aan het eind van de levensduur van PV systemen. Toch blijven veel inzichten relatief gefragmenteerd en ook wat eenzijdig. Veelal richten ze zich op recyclage en daaraan gerelateerde innovaties.
Het potentieel voor waarde-creatie uit hergebruik blijft tamelijk onderbelicht. Goede voorbeelden van hergebruik en herwaardering zijn schaars. Net als op het vlak van betrouwbaarheid, certificering en kwalificatie van PV-systemen in hun tweede levenscyclus. En zelfs de meest recente projecten baseren zich voornamelijk op klassieke lineaire verdienmodellen. Er is duidelijk ruimte voor bewustwording over mogelijk aanvullende waarde-creatie via circulaire businessmodellen. Bijvoorbeeld door de oorspronkelijke producenten en iedereen stroomafwaarts in de keten te betrekken bij relevante aspecten van het opzetten van een tweede levenscyclus.
Nieuw project focust op hergebruik
CIRCUSOL (voluit ‘circular business models for the solar power industry’) is een innovatie-actieproject gesubsidieerd door het Horizon 2020-programma van de Europese Commissie. Met VITO als coördinator bestaat het consortium uit vijftien partners uit zeven landen. Het programma startte in 2018 en wil in vier jaar tijd de verschillende scenario’s formaliseren voor het einde van de eerste levensduur van PV-systemen en er de gepaste technische standaarden en wetgevende kaders voor ontwikkelen. Op basis van deze kennis wil het programma een systeem van producten en diensten (product-service system; PSS) ontwikkelen en valideren dat de implementatie van circulaire businessmodellen doorheen de keten kan ondersteunen.
De eerste inzichten uit het programma blijken al erg waardevol. Zo werd al duidelijk dat afgedankte PV-systemen momenteel als haast vanzelfsprekend in de afvalstroom terechtkomen en dan ofwel vernietigd ofwel gerecycleerd worden. Omdat het merendeel van de installaties nog ver van hun theoretische eerste levensduur zijn, bestaat deze stroom echter grotendeels uit apparaten en onderdelen die afgekeurd zijn in het productieproces of die zijn stuk gegaan tijdens transport of in hun eerste vier levensjaren.
De CIRCUSOL-partners en experts schatten dat ongeveer de helft van de PV-modules in de afvalstroom nog kunnen hersteld worden of opgewaardeerd voor hergebruik.
Wetten en standaarden nodig voor ‘tweedehands’ PV-panelen
Wie bekend is met de PV-sector weet dat herstel en opwaardering van PV-systemen momenteel een relatief informeel circuit is, bestaande uit onafhankelijke private bedrijven die geen ondersteuning hebben vanuit de oorspronkelijke fabrikanten. Mede daardoor zijn er vandaag weinig inzichten en al helemaal geen standaarden in het karakteriseren van ‘tweedehands’ PV-modules of het testen van hun betrouwbaarheid. Er bestaan ook geen labels of certificering voor. Nochtans, vanuit een functioneel perspectief vallen ook deze ‘tweedehandsmodules’ onder de Europese richtlijn inzake het op de markt aanbieden van elektrisch materiaal bestemd voor gebruik binnen bepaalde spanningsgrenzen (2014/35/EU). En zijn de daarin beschreven conformiteitseisen en veiligheidsvoorschriften ook van toepassing.
Daarnaast richt ook de Europese richtlijn betreffende afgedankte elektrische en elektronische apparatuur (AEEA) (2012/19/EU) zich op de elektronische afvalstromen in de Europese lidstaten. Met als een van de vereisten dat een 85/80 (%) hergebruik/recyclage van PV-afval per massa moet gerecycleerd worden vanaf 2019. Waarbij het geen geheim is dat de technologie voor recyclage en einde levensduur nog doorontwikkeld moeten worden om aan deze en toekomstige richtlijnen te voldoen.
Al bij al voldoende redenen voor de PV-sector en aanverwante partijen om samen stappen te nemen om waarde te kunnen creëren uit deze verscheidenheid aan toekomstige mogelijkheden. Inclusief, en zeker niet beperkt tot, het ontwikkelen en uittesten van concepten waarin al bij het ontwerp rekening wordt gehouden met eventuele recyclage, herstel of hergebruik; het opstellen van protocollen voor gerichte en kost-efficiënte betrouwbaarheidstesten en karakterisering van ‘tweedehands’ PV-modules; en kosten-baten- en levenscyclus analyses voor hergebruik van PV-modules.
Dankwoord
Bovenstaande inzichten kwamen tot stand dankzij de waardevolle bijdrage van alle projectpartners binnen CIRCUSOL (oproep: H2020-EU.3.3.5.4), evenals de individuele bijdrage aan de werkzaamheden in het kader van PVMINDS (oproep: H2020-EU.1.3.2). Deze projecten zijn gefinancierd door het onderzoeks- en innovatieprogramma Horizon 2020 van de Europese Unie in het kader van de respectieve subsidieovereenkomsten 776680 en 752117. Deze werkzaamheden zijn ook gedeeltelijk gefinancierd door de Koeweitse Stichting voor de bevordering van de wetenschappen onder projectnummer CN18-15EE-01.
Meer weten?
- Wil je meer details, inclusief alle wetenschappelijke referenties? Vraag dan hier de paper op die ook gepresenteerd is op de 36th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (EU PVSEC 2019) in September 2019 in Marseille (Frankrijk).
- Heb je interesse in een diepgaande informatieve workshop over dit onderwerp? Bij voldoende interesse willen imec en de CIRCUSOL-partners een of meerdere activiteiten organiseren om hun kennis over circulaire PV toe te lichten en met alle geïnteresseerden in interactie te gaan. Ze richten zich daarbij op alle betrokkenen, van producenten over installateurs tot verzekeringsbedrijven. Vul het contactformulier in en je wordt op de hoogte gehouden zodra er een workshop wordt georganiseerd.
- Website van het CIRCUSOL project.
- Website van EnergyVille.
- Overzicht van imec's expertise in Si en dunne-film PV.
Biografie Eszter Voroshazi
Eszter Voroshazi is de groepsleider van de PV-module- en systeemactiviteiten bij imec. Ze heeft een diploma van ingenieur van INSA in Rennes (2008, Frankrijk) en een Ph.D. van de KU Leuven (2008, België). Momenteel werkt ze in het kader van EnergyVille (een samenwerking tussen imec, VITO, KU Leuven en UHasselt, dat zich richt op smart cities en smart grids) aan de ontwikkeling van innovatieve en duurzame speciale PV-moduletechnologieën en -materialen, simulatiegedreven ontwerp van energieopbrengsten en O&M van PV-systemen. Ze is ook activity leader binnen EnergyVille. Daarnaast is ze expert in PV normalisatie- en expertisecommissies, en reviewer voor wetenschappelijke financieringsinstellingen, conferenties en tijdschriften.
Biografie Ioannis Tsanakas
Ioannis Tsanakas is een onderzoeker van de PV-modules en -systemengroep van imec, in het kader van EnergyVille. Hij behaalde een MSc/BSc in Electrical & Computer Engineering (2006) en een Ph.D. in Management & Industrial Engineering (2013), aan de Polytechnische School van Democritus University (Griekenland). Zijn onderzoeksinteresses liggen op het gebied van prestaties, betrouwbaarheid, O&M en duurzaamheid van PV-modules en -systemen. Hij is ook actief betrokken bij de Task 13 van het PVPS-programma van het Internationaal Energie Agentschap, als nationaal wetenschappelijk expert voor Frankrijk (2015-2016), Noorwegen (2017-2018) en België (2018-2018); en draagt ook als PV-deskundige bij aan relevante normalisatiecommissies (IEC) en taskforces van de Europese Commissie (EU-JRC Ecodesign; ETIP PV Digital Solar PV systems and Grid).
