FRELP

Full Recovery End Life Photovoltaic

FRELP: stato di avanzamento a FEBBRAIO 2015

Febbraio 2015

SINTESI DEL LAVORO SVOLTO NEI MESI DI DICEMBRE 2014 E GENNAIO 2015

Con riferimento alle informazioni riportate nel rapporto di fine novembre 2014, vi sono due importanti novità riguardanti in particolare un’alternativa al previsto processo di pirolisi (azione B4) e la metodologia adottata per l’elettrolisi (azione B5).

La descrizione che segue è basata sulle esperienze parallele e condivise di Sasil ed SSV con il contributo esterno della società Darsa per la elettrolisi.

Azione B4 – Perché l’alternativa alla pirolisi

In fase di controllo delle emissioni di gas liberati dalla pirolisi del sandwich si è notata la presenza di tracce di fluoro anche nei sandwich che, ad una prima analisi, sembravano non contenere plastiche fluorurate.

In effetti ciò ci ha preoccupato in quanto è stato poi accertato, con alcune prove molto più accurate e selettive, che, diversamente delle prime analisi, circa il 50% dei pannelli presentava microstrati di plastiche fluorurate inizialmente non rilevate dall’apparecchio di analisi che campionava la media di tutti gli strati del backsheet, ma evidentemente veniva influenzato dalla diversa posizione e spessore degli strati di plastica fluorurata.

Dal momento che l’apparecchiatura di pirolisi della Sasil non è autorizzata e non può essere autorizzata al trattamento di plastiche fluorurate, abbiamo valutato l’alternativa dell’incenerimento del sandwich, in quanto il trattamento dei fumi generati dalla combustione è molto più semplice e  non riserva incognite tecnologiche in quanto è un processo noto e applicato normalmente a valle degli impianti di incenerimento.

Inoltre, dopo aver confrontato i risultati della lisciviazione con acido nitrico su residui di pirolisi e residui di incenerimento per combustione, si è notato un minor consumo di acido nitrico nel secondo caso.

Ciò deriva dal fatto che l’incenerimento per combustione controllata provoca l’ossidazione dei metalli presenti nel wafer di silicio senza ossidare il silicio, e questo favorisce l’attacco acido riducendo tempi di contatto e quantità di acido nitrico.

Ecco quindi che si è deciso di approfondire questo trattamento di incenerimento in funzione della possibilità di trattare tutti i sandwich, indipendentemente dal fatto che contengano o meno plastiche fluorurate.

Sotto l’aspetto energetico questa scelta è un po’ penalizzante se valutata solo sui pannelli esenti da plastiche fluorurate però, considerando che sulla base delle ultime approfondite analisi ed anche valutando le informazioni industriali relative alle tecnologie costruttive dei pannelli fotovoltaici realizzati circa venti anni fa, è chiaro che una scelta che permetta di trattare il 100% dei pannelli in ingresso è di gran lunga preferibile ad una tecnologia un po’ più efficiente dal punto di vista energetico ma che comporterebbe di inviare a discarica circa la metà dei sandwich precedentemente trattati.

La combustione controllata dei sandwich da pannelli fotovoltaici è solo parzialmente penalizzata dal punto di vista energetico, in quanto l’energia che, nel caso della pirolisi, serve per rompere le catene polimeriche, nel caso della combustione controllata, non è necessaria.   Inoltre, le condizioni molto riducenti che, nella pirolisi, evitano la combustione non consentono ai metalli di ossidarsi. Ne consegue perciò che, nel leaching acido, l’HNO3 deve prima ossidare i metalli e successivamente trasformarli nei rispettivi nitrati. È perciò evidente che la combustione controllata consente un risparmio di HNO3 molto importante (25%).

Abbiamo anche considerato l’opzione di trattare i sandwich di plastiche fluorurate con una tecnologia brevettata da una società di Novara, ma abbiamo valutato che l’industrializzazione di tale sistema è molto complessa ed inoltre si ha a che fare con solventi che, comunque, hanno un certo impatto ambientale.

Altro notevole limite di questa soluzione è che permette la separazione efficace del foglio antiriflesso e, quindi, di recuperare dei fogli non riciclabili, mentre nella soluzione adottata da FRELP, l’energia ottenibile dalla combustione consente di sostenere sia l’incenerimento che l’ossidazione dei metalli. Inoltre, la distinzione stessa fra sandwich con plastiche fluorurate e non, richiede un’analisi molto complessa su ogni singolo pannello, prima dell’introduzione nel dispositivo di distacco di alluminio e vetro, e ciò comporta costi notevoli e tempi di attesa importanti, incompatibili con il processo continuo e automatizzato relativo alla prima fase di lavorazione dei pannelli.

In conclusione, stiamo indagando per trovare un inceneritore industriale in grado di garantire questo passaggio intermedio, tra distacco  di sandwich (azione B3) e gradini successivi di lisciviazione ed elettrolisi (azione B5), quindi in sostituzione della pirolisi (azione B4) in quanto è certo che una richiesta alla Provincia di Biella per un inceneritore mirato da realizzare alla Sasil non ha alcuna possibilità di successo per la nota avversione di principio verso qualunque forma di incenerimento.

Dal punto di vista dell’impatto ambientale, lo svantaggio di dover trasferire in andata (dallo stabilimento SASIL all’inceneritore) circa 770 t/anno di sandwich, e in ritorno (dall’inceneritore allo stabilimento SASIL) circa 300 t/anno di ceneri, è compensato dal minor uso di acido nitrico e dal conseguente minor consumo di idrossido di calcio, con relativa minor produzione di nitrato di calcio in soluzione.

Infatti, come detto in precedenza, l’utilizzo in lisciviazione di ceneri in cui i metalli sono ossidati anziché liberi (ad eccezione del silicio) richiede minor consumo di acido nitrico, il cui eccesso deve comunque essere neutralizzato.

Questa alternativa alla pirolisi comporterà una modifica al programma di sviluppo del progetto FRELP che, a questo punto, nell’azione B4 non prevederà più l’adattamento e l’utilizzo dell’impianto di pirolisi esistente in Sasil, ma dovrà appoggiarsi ad un inceneritore esterno per la fase di trattamento termico del sandwich per ridurlo in ceneri.

Sarebbe nostra intenzione includere nella domanda di modifica anche la progettazione in via preliminare di un inceneritore dedicato, la cui realizzazione, su scala industriale dopo la chiusura del progetto in un eventuale sito che potrebbe essere autorizzato, faciliterebbe l’introduzione sul mercato dei risultati del  progetto FRELP.

Ottimizzazione del processo di recupero chimico: caratterizzazione delle ceneri prima della lisciviazione

Dopo il cracking termico le ceneri vengono separate mediante setacciatura con un setaccio a rete metallica ASTM 3 mm. Successivamente vengono accuratamente rimossi a mano i piccoli pezzi di metallo probabilmente provenienti dalla disgregazione della griglia metallica durante il cracking termico. Vengono ottenute così circa il 30% in peso di ceneri, rispetto al peso iniziale del foglio di plastica, dopo il distacco del vetro.

Il materiale ottenuto è mostrato qui di seguito:

Caratterizzazione delle ceneri prima della lisciviazione

Le ceneri prima della lisciviazione chimica sono oggetto di caratterizzazione morfologica e chimica.

Azione B5 – METODOLOGIA DI ELETTROLISI

Le esperienze effettuate a dicembre 2014 e gennaio 2015 con campioni di cenere ottenute dalla  pirolisi in laboratorio, presso la società Darsa, in grado di gestire un impianto pilota di elettrolisi, hanno consentito di quasi completare, in modo non ancora esaustivo, l’ultima fase del processo di recupero per elettrolisi dei metalli, in particolare argento e rame.

È emerso da queste esperienze che il processo ha un rendimento di recupero senz’altro elevato, vicino al 95%, ma richiede condizioni di alimentazione molto costanti per poter tarare i parametri di controllo dell’elettrolisi.

In particolare è necessario, nella soluzione acida, minimizzare la presenza di acido nitrico libero e di agire con apporti di argento, rame, alluminio e metalli vari abbastanza costanti.

Questo per evitare che le differenze di potenziale possano influenzare una migrazione differenziata al catodo di tali metalli, con rendimenti variabili e poco selettivi.

Dovremo intensificare tali prove su quantitativi importanti di ceneri, sull’ordine di qualche kg, in modo da mediare la presenza dei metalli e puntare ad una taratura dell’elettrolisi mirata a dei recuperi costanti e con efficienze tali da consentire una selettività funzionale alla valorizzazione, in particolare, dell’argento e del rame che sono facilmente estraibili per fusione a temperatura differenziata del catodo su cui si depositano.

Allo scopo di minimizzare l’uso di acido nitrico in lisciviazione abbiamo anche valutato l’uso di un concentratore a distillazione frazionata, prima dell’elettrolisi.

Pensiamo si possa ulteriormente ottimizzare il rapporto acido nitrico/metalli ossidati, in modo da poter andare all’elettrolisi senza il concentratore, che comunque richiederebbe un certo consumo energetico.

La soluzione di tale problema dell’elettrolisi in funzione della lisciviazione, per il recupero del rame e dell’argento, sarà oggetto di un supplemento di indagine nei prossimi 3 mesi, congiuntamente da Sasil e SSV per la lisciviazione, e da Darsa per la elettrolisi.

Descrizione del test pilota in Darsa

L’obiettivo del test pilota è stato quello di trovare la migliore condizione per la raccolta dell’argento dalla soluzione di acido nitrico per deposizione galvanica, eseguita con il sistema Electro-winning DEW M 100 che lavora con un valore costante di Ampere e con varie concentrazioni e pH della soluzione.

Apparecchiatura per test pilota

A – Soluzione di acido nitrico | B – Electro-winning system | C – Catodo di carbonio | D – Recupero dell’argento

Prossimi step

Si prevede di concludere le ultime prove di elettrolisi presso la Darsa entro Aprile. Nel contempo verranno messe a punto delle LCA degli scenari tecnicamente percorribili, al fine di ottenere un preciso confronto tra le varie opzioni che permetterà una decisione finale sulla strategia più idonea. In seguito si procederebbe alla presentazione di una richiesta di modifica del progetto nel mese di Maggio, in modo che essa possa essere conclusa entro la presentazione del mid-term report a fine Luglio.

Mass Flow FRELP PROJECT


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