Μεθοδολογία υλοποίησης του έργου

Θα συλλεχθούν αντιπροσωπευτικά δείγματα Φ/Β με κριτήριο την παλαιότητα, τις ποσότητες και τις κατηγορίες των εγκατεστημένων Φ/Β στην Ελληνική επικράτεια. Από τα δείγματα αυτά θα διαχωριστούν αρχικά οι κατηγορίες των κύριων μερών (μέταλλο βάσης, γυαλί, ηλεκτρολογικός εξοπλισμός, ημιαγωγοί κ.λπ.) των Φ/Β και για καθένα από αυτά τα μέρη θα προταθεί τρόπος αποσυναρμολόγησης, διαχείρισης και αξιοποίησης των υλικών και των μετάλλων από τα οποία αποτελούνται. Από την ΕΕ αυτή θα προκύψει σαφές σχέδιο αποσυναρμολόγησης των Φ/Β ώστε να επιτυγχάνεται διαχωρισμός του κεντρικού συστατικού του πάνελ (πυρίτιο/λεπτό υμένιο) προς περαιτέρω επεξεργασία στις επόμενες ΕΕ.

Παραδοτέο:

1. Περιγραφή δειγματισμού και αποσυναρμολόγησης κύριων μερών Φ/Β. Στην έκθεση θα περιγράφεται η στρατηγική του δειγματισμού και οι προτεινόμενες πρακτικές αποσυναρμολόγησης ανά είδος και τεχνολογία Φ/Β και ανά κατηγορία υλικού.

Αφορά στον χαρακτηρισμό του τμήματος που περιέχει το χρήσιμο υλικό, δηλαδή το πυρίτιο (άμορφο και μονο/πολυ-κρυσταλλικό) για τα 1^ης γενιάς και το λεπτό υμένιο για τα 2^ης γενιάς Φ/Β. Θα χρησιμοποιηθούν μέθοδοι προσδιορισμού με διάφορα συστήματα αναλυτικών τεχνικών όπως XRF, XRD, ICP, SEM-EDS. Τα αποτελέσματα αυτής της ΕΕ είναι απαραίτητα για την υλοποίηση των ΕΕ4 και ΕΕ5.

Παραδοτέα:

1. Αποτελέσματα χαρακτηρισμού υλικών Φ/Β – αποσυναρμολόγησης. Η έκθεση θα περιλαμβάνει τα αποτελέσματα των προσδιορισμών στοιχειακής σύστασης και φάσεων των υλικών που θα παραδοθούν αρχικά μετά τον δειγματισμό και την αποσυναρμολόγηση που θα πραγματοποιήσει η POLYECO.
2. Αποτελέσματα χαρακτηρισμού υλικών Φ/Β – ανάκτησης. Η έκθεση θα περιλαμβάνει τα αποτελέσματα των προσδιορισμών στοιχειακής σύστασης και φάσεων των υλικών που θα προκύπτουν κατά την εκτέλεση των εργαστηριακών δοκιμών ανάκτησης υλικών/μετάλλων.
3. Πρώτη ετήσια έκθεση προόδου τεχνικού και οικονομικού απολογισμού. Σε αυτήν θα περιλαμβάνονται όλα τα επιμέρους παραδοτέα της περιόδου του πρώτου έτους υλοποίησης του έργου: Π1 και Π5.
4. Δραστηριότητες διάχυσης και δημοσιότητας με στόχο το ευρύ κοινό. Θα περιλαμβάνουν ανάπτυξη σχετικού ιστοτόπου και δημιουργία προφίλ στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης (social media).

Η κινητή μονάδα αποσυναρμολόγησης των Φ/Β μετά το τέλος του κύκλου ζωής τους θα μπορεί να μεταφέρεται στην εκάστοτε θέση εγκατάστασης και λειτουργίας των φωτοβολταϊκών συστημάτων. Εκεί, θα λαμβάνει χώρα ο πρώτος διαχωρισμός των βασικών συστατικών (μέταλλο βάσης, γυαλί, ηλεκτρολογικός εξοπλισμός, ημιαγωγοί, κ.λπ.) και αντίστοιχα θα αποστέλλεται προς διαχείριση στην τοπική κοινωνία. Κατ’ αυτόν τον τρόπο, θα μειώνεται δραστικά το κόστος μεταφοράς προς μονάδες ανάκτησης των πολύτιμων υλικών, δεδομένου ότι αυτά δεν αντιστοιχούν παρά σε πολύ μικρό ποσοστό βάρους. Επιπλέον, η προτεινόμενη δραστηριότητα θα τονώσει οικονομικά τις τοπικές κοινωνίες, δημιουργώντας έργα είτε για συνεργεία είτε υλικά ανακύκλωσης για υφιστάμενες αδειοδοτημένες μονάδες.

Παραδοτέο:

1. Διάταξη κινητής μονάδας αποσυναρμολόγησης Φ/Β. Στην έκθεση θα περιγράφεται ο απαιτούμενος εξοπλισμός της μονάδας αποσυναρμολόγησης Φ/Β με τα επιμέρους τμήματα από τα οποία θα αποτελείται, π.χ. τμήμα διαχωρισμού γυαλιού και αλουμινίου, τμήμα απομάκρυνσης EVA και ημιαγωγών κ.λπ., με τη μορφή διαγράμματος ροής. Επιπλέον θα παραδοθεί ο βασικός σχεδιασμός (basic engineering) της μονάδας, που μελλοντικά θα οδηγήσει στην υλοποίησή της.

Στην επιλογή των εργαστηριακών δοκιμών θα αξιοποιηθούν αποτελέσματα άλλων, ήδη εκπονηθέντων διεθνών έργων όπως π.χ. PHOTOLIFE (LIFE13 ENV/IT/001033), RESOLVED (LIFE04 ENV/D/000047). Κύριοι στόχοι θα είναι η μείωση του αριθμού των σταδίων επεξεργασίας, η μείωση χρήσης δραστικών μέσων, όπως πολύ υψηλές θερμοκρασίες και χημικά αντιδραστήρια και η μείωση παραγωγής δευτερογενών αποβλήτων/εκπομπών. Τα τελικά προϊόντα των δοκιμών αυτών θα είναι είτε καθαρά υλικά ή μέταλλα με εμπορική αξία (Si, Te, Cd,In) είτε ημιαγωγοί κατάλληλων χαρακτηριστικών για επαναχρησιμοποίηση σε εφαρμογές Φ/Β ή άλλες.

Από τα Φ/Β 1^ης γενιάς, ενδιαφέρει η ανάκτηση του πυριτίου σε όσο το δυνατόν καθαρότερη μορφή ή/και χωρίς φθορές είτε για επαναχρησιμοποίηση σε Φ/Β είτε για άλλες χρήσεις. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό διότι το πυρίτιο εντάσσεται στα «κρίσιμα» μέταλλα λόγω της δαπανηρής και πολύπλοκης διαδικασίας παραγωγής του από το οξείδο του πυριτίου. Για την ανάκτηση των κυψελών αλλά και καθαρού πυριτίου, έχουν προταθεί διάφορες μέθοδοι που θα τις προστατεύουν από φθορές. Οι μέθοδοι αυτές είναι θερμικές, μηχανικές, χημικές ή/ και συνδυασμός τους. Σημαντικό στάδιο αποτελεί η απομεταλλοποίηση των κυψελών κυρίως από τον άργυρο και το αλουμίνιο. Ενδεικτικά, για τα Φ/Β πρώτης γενιάς θα δοκιμαστούν και θα συγκριθούν εναλλακτικές μέθοδοι αφαίρεσης του EVA (θερμικά και με χρήση χημικών), μηχανικές μέθοδοι καθαρισμού του πυριτίου από άργυρο και αλουμίνιο και χημικές μέθοδοι καθαρισμού (etching).

Από τα Φ/Β 2^ης γενιάς, ενδιαφέρει η ανάκτηση/αξιοποίηση ή/και ασφαλής διάθεση των υλικών του λεπτού υμενίου. Το υλικό που αποτελεί το λεπτό υμένιο μπορεί να αποτελέσει είτε υλικό για ανάκτηση των περιεχομένων χρήσιμων μετάλλων σε καθαρή μορφή, είτε υλικό για άλλη πιθανή χρήση χωρίς την απαίτηση απόλυτης καθαρότητας (π.χ. καταλύτες) είτε (ως τελευταία προτεραιότητα) υλικό για αδρανοποίηση πριν την διάθεση με στόχο την αποφυγή αποδέσμευσης από αυτό επικίνδυνων μετάλλων, όπως το κάδμιο. Για την ανάκτηση καθαρών μετάλλων, οι μέθοδοι που θα εξεταστούν περιλαμβάνουν υδρομεταλλουργικές μεθόδους διαχωρισμού και ανάκτησης καθώς και ηλεκτρολυτικές μεθόδους εξευγενισμού των μετάλλων. Ιδιαίτερα καινοτόμα μεταξύ αυτών είναι η προοπτική ανάκτησης μετάλλων με χρήση μικροβιακής ηλεκτρολυτικής κυψελίδας [10]. Η δυνατότητα παραγωγής καταλυτών από τα μέταλλα του thin film αποτελεί μία ακόμη ιδιαίτερα καινοτόμα προοπτική μια και δεν απαιτεί την κοστοβόρα ανάκτηση καθαρών μετάλλων. Θα εξεταστεί επομένως αυτή η δυνατότητα μια και έχει αποδειχθεί ότι καταλύτες που αποτελούν μίγματα π.χ. Cd, Cu και In [11] μπορούν να χρησιμοποιηθούν για αποτελεσματική φωτοκαταλυτική παραγωγή υδρογόνου. Θα εξεταστεί επομένως και αυτή η προσέγγιση αξιοποίησης των υλικών του thin film. Τέλος, με στόχο την ασφαλή διάθεση, θα μελετηθεί και η δυνατότητα σταθεροποίησης του thin film με χρήση τσιμέντου Portland και άλλων σταθεροποιητικών μέσων για αποτροπή της εκχύλισης των βαρέων μετάλλων (ιδίως του καδμίου), κάτι που θα τεκμηριωθεί με τεστ εκχύλισης όπως π.χ. TCLP.

Παραδοτέα:

1. Αποτελέσματα ανάκτησης πυριτίου από Φ/Β 1^ης γενιάς. Η έκθεση θα περιλαμβάνει τα αποτελέσματα των δοκιμών για την ανάκτηση πυριτίου από τους ημιαγωγούς Φ/Β 1^ης γενιάς.
2. Αποτελέσματα ανάκτησης λεπτού υμενίου από Φ/Β 2^ης γενιάς. Η έκθεση θα περιλαμβάνει τα αποτελέσματα των δοκιμών για την ανάκτηση λεπτού υμενίου από τους ημιαγωγούς Φ/Β 2^ης γενιάς.
3. Δεύτερη ετήσια έκθεση προόδου τεχνικού και οικονομικού απολογισμού. Σε αυτήν θα περιλαμβάνονται όλα τα επιμέρους παραδοτέα της περιόδου του δεύτερου έτους υλοποίησης του έργου: Π2, Π3, Π6 και Π12.

Τα αποτελέσματα από την ΕΕ4 θα τροφοδοτήσουν την κατασκευή του διαγράμματος ροής ανάκτησης υλικών/μετάλλων από τις δυο κύριες κατηγορίες Φ/Β: 1^ης γενιάς με στόχο την ανάκτηση και την αξιοποίηση του πυριτίου και 2^ης γενιάς με στόχο την ανάκτηση και την αξιοποίηση του λεπτού υμενίου. Θα επιλεγούν οι διεργασίες εκείνες που οδηγούν είτε στην ελάχιστη αλλοίωση των χαρακτηριστικών και της καθαρότητας των ημιαγωγών (πυριτίου και λεπτού υμενίου) ώστε να μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές Φ/Β ή άλλες, είτε στην παραγωγή καθαρών υλικών/μετάλλων καθώς και καταλυτών με εμπορική αξία.

Παραδοτέα:

1. Διάγραμμα ροής ανάκτησης πυριτίου από Φ/Β 1^ης γενιάς. Θα περιλαμβάνει τις επιλεγείσες δομικές διεργασίες καθώς και τις βέλτιστες παραμέτρους σχεδιασμού που θα προκύψουν από τις εργαστηριακές δοκιμές που θα υλοποιηθούν στο πλαίσιο της ΕΕ4.
2. Διάγραμμα ροής ανάκτησης λεπτού υμενίου από Φ/Β 2^ης γενιάς. Θα περιλαμβάνει τις επιλεγείσες δομικές διεργασίες καθώς και τις βέλτιστες παραμέτρους σχεδιασμού που θα προκύψουν από τις εργαστηριακές δοκιμές που θα υλοποιηθούν στο πλαίσιο της ΕΕ4.

Θα υλοποιηθεί και θα τεθεί σε δοκιμαστική λειτουργία πρωτότυπο για την ανάκτηση υλικών/μετάλλων που θα προκύπτουν από την αποσυναρμολόγηση και τον διαχωρισμό των ημιαγωγών των Φ/Β. Το πρωτότυπο θα χρησιμοποιηθεί για τη διεξαγωγή των πειραμάτων ανάκτησης και, με βάση αυτά, θα υπάρξει η δυνατότητα να υλοποιηθεί μελλοντικά (πέραν του παρόντος έργου) μια αντίστοιχη διάταξη σε παραγωγική κλίμακα. Το μέγεθος του πρωτοτύπου θα αντιστοιχεί στην επεξεργασία των υλικών που θα προκύπτουν από την αποσυναρμολόγηση 5-10 Φ/Β.

Παραδοτέα:

1. Πρωτότυπο ανάκτησης πυριτίου από Φ/Β 1^ης γενιάς. Θα περιλαμβάνει τα διαδοχικά μέρη του πρωτοτύπου που θα κατασκευαστεί με βάση το διάγραμμα ροής (παραδοτέο 10).
2. Αποτελέσματα δοκιμαστικής λειτουργίας πρωτοτύπου. Η έκθεση θα περιλαμβάνει τις λειτουργικές παραμέτρους στις οποίες κατέληξαν οι δοκιμές καθώς και τα ισοζύγια μάζας των υλικών και τα χαρακτηριστικά των τελικών προϊόντων κάθε σταδίου.

Όλες οι προηγούμενες ΕΕ1-6 θα παραγάγουν τα απαραίτητα δεδομένα για την εκπόνηση της εκτίμησης του κύκλου ζωής των προτεινόμενων στην ΕΕ5 σεναρίων διαχείρισης Φ/Β αποβλήτων. Για τον σκοπό αυτό, θα χρησιμοποιηθεί το λογισμικό SimaPro.

Παραδοτέα:

1. Ανάλυση κύκλου ζωής διεργασιών διαχείρισης Φ/Β. Η έκθεση θα περιλαμβάνει τα αποτελέσματα και την αξιολόγησή τους με τη χρήση του λογισμικού SimaPro.
2. Τελική έκθεση προόδου τεχνικού και οικονομικού απολογισμού. Σε αυτήν θα περιλαμβάνονται όλα τα επιμέρους παραδοτέα που θα παραχθούν καθ’ όλη τη διάρκεια του έργου με έμφαση στα παραδοτέα Π7, Π8, Π10, Π11, Π13, Π14 και Π16.
3. Δραστηριότητες διάχυσης και δημοσιότητας με στόχο την ακαδημαϊκή κοινότητα. Θα περιλαμβάνουν 2 δημοσιεύσεις σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά και συμμετοχή σε 2 επιστημονικά συνέδρια.