FRELP

Full Recovery End Life Photovoltaic

FRELP: stato di avanzamento a NOVEMBRE 2014

Novembre 2014

SINTESI DEL LAVORO SVOLTO DALL’INIZIO DEL PROGETTO AL 30 NOVEMBRE 2014

Qui di seguito vengono sintetizzate le azioni B1-B2-B3-B4-B5-B6-B7, nonché le azioni C1-C2-D1-D2 che sono state sviluppate nel periodo considerato.

Con riferimento alla descrizione seguente, vengono esplicitate alcune definizioni usate nel testo:

BACKSHEET: parte del pannello fotovoltaico retrostante la superficie esposta al sole e costituito da materiale plastico in poliestere o in composti fluorurati o clorurati.

SANDWICH: costituisce l’insieme di vetro + backsheet + eva + wafer di silicio metallico.

WAFER DI SILICIO: è il cuore del pannello fotovoltaico che trasforma la luce solare in energia elettrica.

TRAMA: serie di connettori generalmente in alluminio che collegano i vari wafer per portare la corrente generata al connettore del pannello.

ORDITO: serie di collegamenti perpendicolari alla trama, sulla superficie dei wafer esposta al sole, che sono costituiti generalmente da una fritta vetrosa contenente argento.

IM: imprevisti

OB: obiettivi

RA: risultati attesi

IP: indicatori di progresso

Azione B1 – APPROVVIGIONAMENTO PANNELLI FV

È l’azione svolta dal partner PV CYCLE che ha curato l’approvvigionamento dei campionamenti di pannelli usati per la caratterizzazione degli stessi e per le prove di processo nelle azioni successive.

IM/1: a causa della variabilità dei pannelli caratterizzati faremo arrivare da PV Cycle un’ulteriore campionatura per avere più dati i confronto.

OB/1: procurare all’inizio i pannelli campione e successivamente i pannelli per le prove sui prototipi sviluppati nel corso del progetto.

RA/1: fornire 20 pannelli 1 x 1,67 m sufficientemente diversificati per avere dati medi di composizione da utilizzare nelle azioni B2-B3-B4-B5.

IP/1: fornitura di pannelli per caratterizzazione avvenuta il 15 ottobre 2013 e per prove previsto entro dicembre 2015.

Azione B2 – CARATTERIZZAZIONE DEI PANNELLI FV

L’azione è stata sviluppata da SSV ed è consistita nella caratterizzazione completa dei pannelli campione ricevuti da PV CYCLE.

In base a tali risultati, Sasil ha iniziato il lavoro di messa a punto delle varie tecnologie di processo previste dal progetto.

IM/2: la qualità dei pannelli è variabile in particolare in funzione della qualità del backsheet, che può contenere plastiche fluorurate e clorurate che richiedono un diverso approccio in fase di pirolisi.

OB/2: caratterizzare in modo completo i vari pannelli ed in particolare determinare i metalli presenti nel wafer per modulare le azioni di attacco acido e di pirolisi.

RA/2: fornire utili indicazioni sulle tecnologie più adatte per il recupero dei vari componenti costituenti il pannello fotovoltaico.

IP/2: la stretta collaborazione tra Sasil e SSV ha permesso una notevole sinergia che ha consentito di procedere secondo lo schema di flusso previsto dal progetto e di avere subito risultati utili a Sasil per ottimizzare le azioni successive di sua competenza.

Azione B3 – DISTACCO EVA-VETRO

Il problema del distacco del vetro dal sandwich è stato risolto da Sasil in modo brillante con un metodo che è stato oggetto di domanda di brevetto presentata nel mese di settembre 2014. Tale sistema prevede di staccare il vetro dal sandwich in modo qualitativo con una progressione di 1 cm al secondo.

Questo slideshow richiede JavaScript.


Il pre-prototipo realizzato è in grado di processare strisce di pannello (privo ovviamente del profili in alluminio e del connettore) della larghezza di 250 mm, pari ad ¼ della larghezza totale del pannello.

È stato collaudato ed è ancora il fase di ottimizzazione, in particolare in funzione della qualità del backsheet, la cui variabilità ha richiesto una modulazione supplementare sul posizionamento della fonte di infrarosso, non prevista inizialmente dal brevetto.

È in fase di ottimizzazione anche il sistema di incollaggio in continuo dei pannelli, prima dell’inserimento nel dispositivo di distacco, in modo da dare continuità al sistema.

Il prototipo definitivo sarà dimensionato per trattare in modo continuativo circa 22 pannelli/ora, sulla dimensione standard di 1000 x 1660 mm.

Il trattamento termico propedeutico al distacco è stato realizzato con un sistema misto ad infrarosso ad onde medie e corte, coadiuvato da una fase di mantenimento con olio diatermico.

Il distacco avviene per mezzo di un dispositivo a coltello pulsante ad alta frequenza e modulabile in velocità e ampiezza.

Sul vetro recuperato in pezzatura millimetrica si è notata a volte la presenza di parti organiche nere, dovute all’adesione al vetro delle guarnizioni sul bordo del pannello.

Inoltre, sulle frazioni fini di vetro, inferiori al millimetro, peraltro costituenti solo il 5% del vetro staccato, si è verificata la presenza incidentale di silicio metallico proveniente dai wafer di silicio.

Per ovviare a questi due inconvenienti, Sasil ha adottato una singolare tecnologia di trattamento ottico, previa una setacciatura a 1 mm. Praticamente un canale del separatore ottico tratta la frazione > 1 mm che contiene residui organici, e un canale tratta separatamente la frazione < 1 mm per eliminare i residui di silicio metallico dal vetro.

IM/3: la maggior difficoltà ha riguardato la ricerca del sistema termico ottimale che permettesse un differenziale di temperatura tra “EVA” e vetro, in fase di distacco, e ciò è avvenuto attraverso un’approfondita analisi del comportamento in reticolazione dell’EVA riscaldato, in modo da garantire un margine di lavoro sufficientemente ampio da consentire il distacco a temperature vicine alla temperatura di reticolazione senza arrivare alla reticolazione stessa.

Questo lavoro è stato sviluppato in modo brillante da SSV.

La scelta del sistema all’infrarosso è stata fatta dopo aver valutato anche l’opzione laser e microonde, con la consulenza rispettivamente dei CNA di Sesto Fiorentino e dell’Università Tor Vergata di Roma.

RA/3: la soluzione adottata del pre-prototipo, incluso la sezione di separazione ottica, ha permesso di eliminare ogni incognita per la progettazione vera e propria del prototipo che è in avanzata fase di disegnazione.

IP/3:

– raggiungimento del 97% di recupero del vetro puro;

– consumo elettrico inferiore a 50 kWh/t di pannello;

– ottimo livello di omogeneità e di granulometria del vetro recuperato;

– livello quasi nullo di emissioni in fase di riscaldamento e comunque entro i limiti di legge; in ogni caso tale prova sulle emissioni sarà ripetuta una volta messo a punto il sistema di termosaldatura dei pannelli prima dell’inserimento nella macchina di distacco.

– prototipo in fase di disegnazione definitiva in base alle indicazioni operative del pre-prototipo.

Azione B4 – PIROLISI

Tale azione è stata portata avanti in parallelo da Sasil e SSV secondo uno schema analogo, cioè con trattamento di pirolisi in batch, ma con usi di gas diversi (argon per SSV, azoto per SASIL).

Questo slideshow richiede JavaScript.

Le condizioni di temperatura sono state le stesse anche se si è visto che, in base ad analisi termo-ponderali, già a 450°C tutti i composti organici pirolizzano completamente.

Quanto non è stato possibile fare finora è di avere dei risultati significativi sulla qualità dei combustibili ottenuti in quanto la strumentazione prevista per l’analisi sarà disponibile presso la SSV soltanto nel mese di gennaio 2015. In ogni caso la pirolisi ha fornito le ceneri sufficienti, dal punto di vista qualitativo e quantitativo, per il successivo processo di attacco acido, oggetto dell’azione 5.

Prima del processo di lisciviazione acida (Azione B5) le ceneri sono state macinate e vagliate sotto 0,5 mm ottenendo dei residui sottogriglia esenti da particelle metalliche, ed un sopragriglia costituito prevalentemente da particelle di alluminio e di altri metalli conduttori.

Infatti il vantaggio di tale procedimento è di rompere il silicio metallico, che è molto fragile, e lasciare intatti i metalli, che sono elastici e con una particolare tecnica di macinazione per compressione tendono ad appiattirsi e a non rompersi, favorendo così il loro recupero mediante vagliatura.

Riguardo alle analisi sulle plastiche da pirolizzare (poliestere, tedlar, PVC) quali costituenti il backsheet, i dati finora disponibili sulle 20 tipologie di pannelli hanno fornito una frequenza di circa il 30% di plastiche fluorurate e/o clorurate sul totale dei pannelli esaminati.

Questo è un aspetto che è necessario indagare ulteriormente in quanto dovrà essere presa una decisione in merito al trattamento dei pannelli con presenza di plastiche fluorurate o clorurate in quanto si possono scegliere due opzioni:

A- trattare il sandwich, prima della pirolisi, con una tecnologia innovativa brevettata da una società italiana che ha già fatto delle prove con esito positivo con l’obiettivo di separare con solvente organici in autoclave, il backsheet dal resto del sandwich, in modo da inviare a smaltimento le plastiche fluorurate o clorurate. Ciò per evitare di inviare in pirolisi cloro e/o fluoro (da notare che il peso del backsheet incide solo per l’1,5% sul peso totale del pannello).

B- Studiare, a valle della pirolisi, un sistema che inertizzi i composti fluorurati e/o clorurati che si generano in fase di riscaldamento indotto, in modo da abbatterli come ceneri volatili, con uno scrubbing alla fine del processo di condensazione dei combustibili generati dal processo termico di craking in ambiente inerte.

RA/4: dalle prove di laboratorio è risultato che la pirolisi a 600°Cè in grado di demolire completamente i composti organici presenti nei sandwich e di non produrre residui carboniosi sulle ceneri residue, costituite quindi solo da silicio metallico, vetro e metalli vari. Pertanto si sta valutando il sistema più efficace per utilizzare in discontinuo il pirolizzatore presente in Sasil, e tale scelta sarà fatta a marzo 2015 sulla base dei risultati delle analisi che SSV farà sui combustibili recuperati dalla pirolisi.

IP/4: la qualità delle ceneri residue è già stata giudicata come ottimale in funzione dei successivi step di attacco acido a caldo ed elettrolisi.

Azione B5 – LISCIVIAZIONE ACIDA ED ELETTROLISI

Questa azione è stata divisa in due sezioni:

– sezione di attacco acido;

– sezione di elettrolisi.

L’attacco acido è stato condotto con diverse modalità e diverse topologie di acidi e basi ma alla fine i migliori risultati si sono ottenuti con l’acido nitrico.

Tale scelta è stata valutata attentamente anche in funzione dell’impatto ambientale in quanto il maggiore inconveniente di tale tecnologia è che comunque si deve alla fine neutralizzare un acido residuale inquinato in parte da metalli.

Comunque si è già raggiunto un risultato ambientalmente sostenibile in quanto, mediante l’abbattimento con idrossido di calcio, si riesce ad ottenere un nitrato di calcio che, per il basso contenuto di metalli residui potrebbe essere comunque utilizzabile in agricoltura come fertilizzante azotato.

In ogni caso questo aspetto è ancora in fase di indagine analitica in quanto il processo di elettrolisi che genera i residui acidi da salificare è ancora in fase di messa a punto e sarà completamente definito entro il mese di marzo 2015. Quindi, anche l’aspetto ambientale sarà ulteriormente indagato.

RA/5: attraverso una prima lisciviazione acida è possibile ottenere un silicio metallico di buona qualità come residuo della solubilizzazione acida delle ceneri. Tale qualità può essere ulteriormente migliorata attraverso un attacco basico con KOH che scioglie eventuali residui di ossidazione dal silicio.

La scelta finale se fare o meno tale operazione supplementare dipende dal valore commerciale del silicio più o meno puro e tale indagine di mercato è in fase di sviluppo sulla base di campionamenti significativi che stiamo producendo con prove sperimentali su quantitativi importanti.

IP/5: gli indicatori relativi alle quantità e qualità del silicio recuperato dalla lisciviazione dei metalli recuperati per elettrolisi e dei fertilizzanti provenienti dalla salificazione dei residui acidi sono risultati positivi sia in termini di consumi energetici che di impatto ambientale, che di valore dei prodotti finali.

Un importante aspetto sul quale dobbiamo ancora indagare è il recupero del vetro residuale presente assieme al silicio metallico quale filtrato dell’attacco acido e basico, o solo acido, per il quale stiamo ancora valutando sistemi gravimetrici, centrifughi e chimico-fisici.

In conclusione:

– il recupero del silicio metallico è totale (senza problemi di ossidazione a SiO2);

– il recupero dell’argento è totale al catodo dell’elettrolisi;

– il recupero del piombo e del rame è totale al catodo insieme all’argento;

– il recupero dell’alluminio è parziale al catodo in quanto una parte rimane in soluzione e poi viene salificato con idrossido di calcio ma senza problemi di incompatibilità come fertilizzante.

Dal momento che al catodo di grafite spugnosa saranno presenti diversi metalli in quantità minori rispetto all’argento, si farà in modo di orientare l’elettrolisi in modo tale da lasciare in soluzione quei metalli che non danno problemi nei Sali nitrati residuali, e di trattenere al catodo quei metalli pesanti che possono comunque essere rimossi selettivamente per fusione a temperatura differenziata nel processo finale di recupero dei metalli contenuti nel catodo spugnoso di grafite.

Azione B6 – DISEGNO DEL PROTOTIPO PER DISTACCO ALLUMINIO-CONNETTORE

La disegnazione del sistema robotizzato per il distacco dei profili di alluminio e del connettore è già a buon punto e non riserva problemi di sorta in quanto si avvale di robot standard, adattati alla particolare funzione richiesta.

Azione B7 – DISEGNO DEL PROTOTIPO PER DISTACCO VETRO-SANDWICH DI EVA

Il disegno del prototipo per il sistema di distacco del vetro dal sandwich è in avanzata fase di disegnazione, sulla base dell’esperienza fatta sul pre-prototipo già in funzione da mesi.

L’unico problema ancora da definire è il sistema di incollaggio dei pannelli una volta liberati da alluminio e connettore, per inserirli nell’apparecchiatura di distacco vetro da EVA cha ha bisogno di continuità di funzionamento.

In un primo momento sembrava che la semplice stesura di un nastro adesivo sui due lembi dei sandwich (lato backsheet) fosse sufficiente ma poi si è visto che, in fase di continuità del processo, il calore raggiunto dal backsheet provoca il distacco della giunzione nel punto dedicato all’inserimento nell’apparato di distacco a coltello pulsante.

È già stata trovata l’alternativa mediante una termosaldatura del nastro adesivo stesso ma stiamo valutando con un produttore del backsheet il tipo di materiale più adatto per velocizzare l’operazione in automatico ed evitare rallentamenti nel processo continuo, che comporterebbero discontinuità nella produzione del sandwich da avviare a pirolisi.

Azione C1 – MONITORAGGIO IMPATTO AMBIENTALE

Il monitoraggio dell’impatto ambientale è costantemente seguito sia da Sasil che da SSV ed è in base a tale monitoraggio che si fanno le scelte progettuali da adottare nello sviluppo dei prototipi che devono assolvere le funzioni previste delle varie azioni.

Azione C2 – LCA

Lo studio LCA è fatto congiuntamente da SSV e SASIL con la consulenza gratuita dell’ISPRA, Istituto Sperimentale per la Protezione dell’Ambiente, che, essendo molto interessato agli sviluppi di questo progetto, l’ha inserito come progetto di riferimento tra le varie opzioni sul problema del recupero del fotovoltaico.

Una prima bozza di valutazione di impatto ambientale è già stata completata sulla base dei risultati derivanti dalle varie azioni portate a termine finora e, entro gennaio 2015, verrà aggiornata in funzione delle successive prove che verranno realizzate.

Azione D1 – DISSEMINATION

Per quanto riguarda la General Dissemination, SSV ha predisposto una mailing list per l’invio delle newsletters (al momento una per il mese di giugno e una per ottobre).

Per quanto riguarda le conferenze internazionali, quest’anno in rilevanza ci sono stati due convegni in contemporanea il giorno 23 settembre, ai quali Sasil e SSV hanno partecipato presentando il progetto FRELP:

29th Conference on Solar Energy and Photovoltaic (EU PVSEC 2014) ad Amsterdam nella sezione “PV life cycle management & recycling”;
12th ESG (European Society of Glass) Conference, a Parma.

Entrambi hanno riscosso molto interesse in quanto, nel settore del recupero dei pannelli con tecnologia al silicio, non esistono al momento processi di trattamento attivi a livello industriale; anche a livello di ricerca si è ancora in fase di recupero poco selettivo per la valorizzazione dei singoli componenti.

Azione D2 – DISSEMINATION

SASIL ha predisposto un NOTICE BOARD con la descrizione del progetto (obiettivi, azioni e risultati) e uno SCHEMA TECNICO con appunto lo schema del progetto.

SASIL ha inoltre aggiornato regolarmente il suo sito, dedicando una apposita pagina al progetto FRELP (http://www.sasil-life.com/index.php?option=com_content&view=article&id=85&Itemid=83&lang=it) e predisponendo due sezioni: una dedicata agli avanzamenti tecnici del progetto e una per scaricare le newsletters, i comunicati stampa e le presentazioni dei convegni.

Al fine di venir incontro alla richiesta della Commissione di migliorare il sito e dato le limitazioni tecniche della sua sede attuale, entro la fine dell’anno verrà realizzato un sito appositamente dedicato solo al progetto FRELP (raggiungibile alla pagina http://www.frelp.info), realizzato oltre al sito aziendale SASIL che racchiude già gli aggiornamenti e le sezioni su FRELP.

Annunci

I commenti sono chiusi.