Les transformateurs de déchets électroniques développent des stratégies pour que de plus en plus de modules photovoltaïques entrent sur le marché. | Colline120 / Shutterstock
À certains égards, les panneaux solaires sont confrontés aux mêmes défis de recyclage que les vieux téléviseurs. Leurs coûts de recyclage corrects sont très élevés, leur valeur marchande est limitée et ils contiennent des métaux dangereux. Dans le même temps, relativement peu de transformateurs en aval les recyclent et le marché s'oppose à leur réutilisation.
'Les panneaux solaires sont presque le nouveau CRT', a déclaré AJ Orben, vice-président de We Recycle Solar en Arizona, faisant référence au tube cathodique, qui contient du verre au plomb et est utilisé dans les vieux téléviseurs encombrants.
Des entretiens avec des experts du secteur de l'électronique et du recyclage des panneaux solaires ont révélé les défis auxquels est confrontée l'industrie des modules photovoltaïques (PV). Les modules photovoltaïques (PV) peuvent être stockés, jetés, abandonnés ou mis en décharge illégalement, tout comme les CRT dans de nombreux cas. La suite est la même.
En partie pour éviter une mauvaise gestion des installations de recyclage certifiées, l'organisation à but non lucratif Sustainable Electronics Recycling International (SERI) s'efforce d'ajouter des panneaux solaires à sa norme de certification R2 pour les déchets électroniques. Près de 1 000 installations de recyclage de produits électroniques dans le monde ont obtenu la certification standard R2.
Dans le même temps, de plus en plus de panneaux solaires continueront d’entrer dans la phase de mise au rebut. Cependant, la complexité du traitement et les réglementations supplémentaires attendues constituent une opportunité commerciale.
Ce n'est que la pointe de l'iceberg', a déclaré John Shegerian, co-fondateur et président exécutif de National Electronic Processor ERI, faisant référence au nombre de panneaux que son entreprise recycle actuellement, soit environ une semi-remorque par semaine. 'C'est juste pour s'échauffer pour le jeu.\
Selon les données du ministère américain de l'Énergie, environ 95 % des panneaux actuellement vendus sont en silicium cristallin et les cellules photovoltaïques sont constituées de semi-conducteurs en silicium. Les panneaux solaires sont conçus pour résister à ces éléments pendant des décennies et sont constitués de cellules photovoltaïques interconnectées, encapsulées dans du plastique et prises en sandwich entre du verre et une feuille arrière. Un panneau typique possède un cadre métallique (généralement en aluminium) et des fils de cuivre externes.
Dans un article sur la récupération des ressources l'année dernière, Melissa Ann Schmid d'EnergyBin, une bourse d'équipements d'énergie solaire, a expliqué que les panneaux de silicium cristallin sont principalement constitués de verre, mais contiennent également du plastique, de l'aluminium, du silicium et du cuivre, ainsi que des traces de l'argent, l'étain et le plomb. .
Les entreprises de recyclage peuvent facilement séparer le cadre en aluminium et le fil de cuivre externe pour le recyclage. Cependant, étant donné que les cellules photovoltaïques sont encapsulées dans une couche de plastique éthylène-acétate de vinyle (EVA) et liées au verre, des processus supplémentaires sont nécessaires pour récupérer l'argent, le cuivre ou le silicium de haute pureté dans les tranches de silicium.
We Recycle Solar possède une grande usine de recyclage de panneaux solaires à Yuma, en Arizona. L'usine est située dans une ville à la frontière californienne et une usine plus petite à New York. We Recycle Solar a été lancé il y a cinq ans et recycle des dizaines de milliers de panneaux solaires chaque semaine, en utilisant des matériaux provenant de maisons, d'entreprises et de fermes solaires.
Orben a déclaré que l'entreprise est le plus grand recycleur de panneaux solaires aux États-Unis, bien qu'il ait souligné que seules quelques entreprises recyclent la totalité ou la quasi-totalité des matériaux des panneaux solaires.
We Recycle Solar enlève le cadre et les fils en aluminium et déchiquette les panneaux. Il a déclaré que le mélange broyé subit un traitement chimique secondaire, une électrolyse et d'autres processus pour séparer le métal, le silicium et le verre, puis est expédié aux transformateurs en aval.
ERI est située à Fresno, en Californie, et traite des panneaux solaires pour Redwood Materials, une start-up située à Carson, dans le Nevada, qui vise à récupérer les métaux précieux des batteries. En avril, ERI a annoncé un partenariat par lequel le transformateur envoie toutes les batteries recyclées et les déchets de panneaux solaires déchiquetés à Redwood Materials. Selon le communiqué de presse d'ERI, dans le cadre de l'accord, Redwood a investi une somme d'argent importante dans ERI.
Shegerian a déclaré qu'ERI travaillait sur la recherche et le développement du recyclage des panneaux solaires depuis environ trois ans. Après avoir retiré le cadre en aluminium, ERI a réduit la taille du panneau du broyeur reconstruit. L'étape clé du processus consiste à broyer et à séparer le verre du matériau contenant du métal tout en évitant les émissions inutiles.
Les billes de matériaux contenant du métal qui en résultent sont ensuite expédiées à Redwood, où l'entreprise utilise sa technologie pour séparer les métaux tels que le cuivre, l'argent et le plomb.
Echo Environmental est une autre entreprise de traitement des déchets électroniques qui traite les panneaux solaires. Elle exploite une installation de recyclage et de réutilisation de 166 000 pieds carrés à Carrollton, au Texas, près de Dallas.
Tommy McGuire, président d'Echo Environmental, a déclaré que les travailleurs d'Echo reçoivent chaque année plus d'un million de livres de panneaux solaires de la part de fabricants et d'autres entreprises. Ils retirent d’abord le cadre en aluminium et coupent les fils pour les recycler.
Echo déchiquette ensuite le module, puis utilise un processus de broyage pour séparer une partie du verre propre, qui est vendu pour l'isolation en fibre de verre et la peinture réfléchissante. Les matériaux contenant du métal restants sont mélangés à des circuits imprimés déchiquetés provenant de produits électroniques, puis expédiés à la fonderie.
Le fait que certains types de panneaux sont considérés comme dangereux en raison de leur concentration en métaux toxiques complique l’équation de la ferraille. Le ministère de la Santé et du Contrôle environnemental de Caroline du Sud a produit une fiche d'information répertoriant les différents types pouvant être considérés comme dangereux et souligne que les panneaux inoffensifs peuvent être jetés dans une décharge municipale de déchets solides.
Parmi les types nécessitant un traitement spécial, les batteries à couches minces sont plus rares que les panneaux en silicium cristallin. First Solar est un fabricant de panneaux solaires et met en œuvre un programme de recyclage depuis 2005 pour produire des modules de cellules solaires à couches minces de tellurure de cadmium. Selon First Solar, le processus de recyclage comprend le déchiquetage et le broyage dans un broyeur à marteaux. Après cela, le stratifié EVA est séparé du verre propre. De plus, des sociétés tierces effectuent des procédés de précipitation des métaux pour récupérer le cadmium et le tellure.
McGuire d'Echo a déclaré qu'en raison des métaux dangereux et des exigences supplémentaires en matière d'élimination, Echo recommande à ses clients d'envoyer les batteries à couches minces contenant du cadmium directement à l'installation de recyclage de First Solar dans l'Ohio.
Il a souligné qu'en général, les tests d'Echo ont montré que les autres panneaux ne constituent pas des déchets dangereux. Mais ils doivent encore être manipulés avec précaution.
'Vos modules photovoltaïques typiques n'auront pas beaucoup d'effets dangereux, mais comme pour les produits électroniques, nous ne voulons certainement pas qu'ils remplissent nos décharges', a déclaré McGuire.
Orben de We Recycle Solar a déclaré que les tests de son entreprise ont montré qu'en vertu de la loi fédérale sur la conservation et le recyclage des ressources (RCRA), plus des deux tiers des panneaux sont considérés comme des déchets dangereux en raison de leur concentration en plomb ou en argent. Selon les normes californiennes, environ 90 % de ces mêmes panneaux sont considérés comme dangereux car même s'ils ne dépassent pas la teneur acceptable en plomb ou en argent, ils dépassent la limite de l'État pour le cuivre ou le zinc.
Selon l'Agence américaine de protection de l'environnement, notre usine de Yuma qui recycle l'énergie solaire dispose d'une licence pour les déchets dangereux, qui stipule que les déchets corrosifs, le cadmium, le plomb et l'argent y sont traités.
Outre la prise en compte des matières dangereuses, le recyclage des panneaux solaires se heurte également à des défis en termes de faisabilité économique.
Selon un rapport de mars 2021 du Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) et de l'Institut de recherche sur l'énergie électrique, « Les technologies, infrastructures et processus actuels liés au recyclage des modules photovoltaïques ne sont pas optimisés pour un recyclage rentable des matériaux de grande valeur. » 'En conséquence, les coûts de recyclage sont souvent compensés par des méthodes d'élimination moins chères et plus accessibles.'
Orben a déclaré que le coût de traitement de chaque panneau de We Recycle Solar s'élève à 25 dollars américains et qu'il vaut entre 2 et 4 dollars américains pour l'aluminium, le cuivre, le plomb, le verre, l'argent et le silicium. Il a déclaré que les équipementiers allègent déjà leurs produits et utilisent des métaux de moindre valeur dans une nouvelle génération de produits plus efficaces, ce qui est une bonne nouvelle du point de vue des fabricants et des consommateurs, mais pas pour les recycleurs.
Dans le même temps, Orben ne s’attend pas à une baisse significative des coûts de traitement à l’avenir en raison des économies d’échelle. De nombreux coûts resteront liés à la main-d’œuvre, et on s’attend à ce que celle-ci ne fasse que devenir plus chère.
Il a souligné que lorsque l'alternative est le traitement des déchets dangereux, il existe toujours des incitations économiques pour les producteurs de déchets à payer pour les panneaux de recyclage, mais que lorsque des décharges municipales de déchets solides moins chères seront disponibles, cet effet disparaîtra.
En outre, Orben a souligné que tous les collectionneurs ne comprennent pas les aspects économiques d'une manipulation correcte des matériaux, ce qui a créé dès le départ des pressions sur les coûts.
We Recycle Solar reçoit souvent des appels de stations de transfert, de décharges et d'autres recycleurs qui acceptent les panneaux solaires gratuitement ou à bas prix (par exemple, 10 cents la livre) parce qu'ils pensent qu'ils contiennent beaucoup de matériaux de valeur.
McGuire d'Echo Environmental a ajouté que la valeur commerciale des panneaux solaires se reflète principalement dans le cadre en aluminium, et que les produits en fil métallique et en verre propre génèrent également un certain montant de revenus.
Le processus d'Echo consistant à mélanger des matériaux de cellules photovoltaïques déchiquetés avec des déchets de circuits imprimés déchiquetés expédiés à une fonderie réduit la valeur du mélange de circuits imprimés de quelques centimes par livre, mais cette pratique éloigne également les matériaux des décharges et permet le recyclage. Les métaux compensent également la demande. pour les fondants des fonderies, a-t-il déclaré.
Shegerian d'ERI a souligné que pour l'instant, l'usine de Fresno de son entreprise est la seule usine d'ERI qui traite des panneaux solaires. Mais les autres installations d'ERI à travers le pays reçoivent chaque jour des appels concernant le recyclage des panneaux solaires.
'Les opportunités sont énormes, mais le faire de la bonne manière coûtera beaucoup d'argent', a déclaré Shegerian.
Les panneaux solaires sont conçus pour produire de l’électricité pendant des décennies, la revente de panneaux usagés peut donc être la meilleure option économique et respectueuse de l’environnement, et cet échange a lieu.
Dans le même temps, les transformateurs ont déclaré que certaines forces du marché et de la politique fiscale s'opposent également à la réutilisation.
McGuire a déclaré qu'Echo avait la capacité de tester la production d'énergie des panneaux usagés afin qu'ils puissent être revendus. Il a déclaré que cela était efficace pour les modules de plus grande valeur et a souligné qu'il existe des marchés internationaux pour les modules d'occasion ainsi que pour les projets nationaux ponctuels.
Mais il a souligné que les panneaux qui n'ont pas passé avec succès l'inspection de contrôle qualité du fabricant ne peuvent pas être revendus. McGuire a déclaré que lorsque les entrepreneurs effectuent le démontage et l'agrégation et expédient des panneaux solaires à Echo, ce qui arrive généralement, c'est que les différents types de panneaux ne correspondent pas, ce qui rend difficile le maintien d'un inventaire cohérent.
De plus, le rythme de l’innovation des panneaux entrave la revente, car le prix des nouveaux panneaux diminue à mesure que l’efficacité augmente. Selon les données de l'Energy Information Administration des États-Unis, la valeur moyenne des modules photovoltaïques expédiés en 2019 (l'année la plus récente pour laquelle des données sont disponibles) était de 41 cents par watt de production d'électricité de pointe. Il y a dix ans, la moyenne était de 2,79 dollars par watt crête.
Nous recyclons l'énergie solaire et revendons des équipements solaires. Mais Orben compare également ce problème à un problème auquel sont confrontés certains secteurs du marché de l'électronique. 'Posséder un panneau qui était encore en production il y a 15 ans, c'est comme posséder un Pentium 3 d'aujourd'hui', a déclaré Orben.
Ce qui entrave encore davantage le marché secondaire, c’est la politique fiscale des États-Unis. McGuire a souligné que le gouvernement fédéral offre des crédits d'impôt aux propriétaires qui installent de nouveaux systèmes photovoltaïques : d'ici 2021, le crédit représentera 26 % du coût du système.
'C'est vraiment un environnement concurrentiel déséquilibré, car vous ne pouvez pas obtenir de crédits d'impôt sur les modules d'occasion', a déclaré McGuire.
Selon les données de l'Energy Information Administration des États-Unis, les expéditions de nouveaux panneaux ont considérablement augmenté au cours des 15 dernières années. En 2019, les expéditions de modules photovoltaïques ont suffi à générer plus de 16 millions de kilowatts de puissance de pointe, soit une multiplication par près de 14 par rapport aux expéditions d'il y a dix ans.
En raison de l'amélioration des performances et de la réduction des coûts des nouveaux panneaux, nombre d'entre eux seront mis hors service avant la fin de leur durée de vie utile (Shegerian de l'ERI a déclaré que le retour sur investissement étant si convaincant, les producteurs d'électricité pourraient les remplacer dans cinq ans ou moins. ).
Un rapport de l'Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA) et du Programme de système de production d'énergie photovoltaïque (AIE-PVPS) de l'Agence internationale de l'énergie estime que d'ici 2050, la quantité cumulée mondiale de déchets de panneaux photovoltaïques atteindra 60 à 78 millions de tonnes. Au-dessus d'environ 43 500 à 250 000 tonnes en 2016.
Le rapport appelle à l'adoption de mesures telles que des réglementations spécifiques aux déchets photovoltaïques. Une partie de cela s'est déjà produite. Par exemple, l’Europe a adopté des lois qui obligent les fabricants de panneaux solaires à financer la collecte et le recyclage de leurs produits.
En 2017, l’État de Washington est devenu le premier État à adopter un projet de loi établissant un programme de responsabilité élargie des producteurs (REP) pour les panneaux solaires. À partir de juillet 2023, la loi obligera les fabricants à prévoir des fonds pour la collecte et le recyclage des panneaux.
