Immer mehr Start-ups gründen sich, um Materialien, die bei neuen Entwicklungen in der Klimatechnologie anfallen, zurückzugewinnen, zu recyceln und wiederzuverwenden. Diese Organisationen wollen durch das Recycling ausgedienter Solarmodule und Windturbinen eine Kreislaufwirtschaft für saubere Energiekomponenten aufbauen.
Unternehmen wie Solarcylcle, First Solar, Li-Cycle, Redwood Materials, Carbon Rivers und Veolia arbeiten daran, Abfall zu reduzieren, ihn wirtschaftlich zu nutzen und gleichzeitig Umweltprobleme anzugehen. Die schnell wachsende Solar- und Windenergiebranche und die zunehmende Beliebtheit von Elektrofahrzeugen erinnern uns daran, das Abfallproblem anzugehen.
Die wachsende Abhängigkeit von erneuerbaren Energiequellen ist ein Gebot der Stunde, um die Ausbeutung fossiler Brennstoffe zu reduzieren. Die wachsenden Sektoren der erneuerbaren Energien werden bald Tonnen von Müll produzieren. In naher Zukunft werden diese Millionen von Photovoltaik-Solarmodulen, Windturbinen und Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge das Ende ihres individuellen Lebenszyklus erreichen.
Einige neue Startups wollen eine Kreislaufwirtschaft für saubere Energiekomponenten schaffen. Sie wollen sicherstellen, dass sie Fehler der Vergangenheit, wie die nicht erfolgte Sanierung stillgelegter Kohlebergwerke, Ölquellen und Kraftwerke, nicht wiederholen. Diese Startups zielen darauf ab, Teile der Klimatechnologie-Innovation zurückzugewinnen, zu recyceln und wiederzuverwenden, um eine nachhaltige und profitable Lösung zu schaffen.
Solarcycle ist ein Paradebeispiel für ein Unternehmen, das versucht, das zukünftige Abfallproblem der Klimatechnologie zu lösen. Das im vergangenen Jahr in Oakland, Kalifornien, gegründete Unternehmen hat eine Recyclinganlage in Odessa, Texas, errichtet. Dort werden 95 % der Materialien aus ausgedienten Solarmodulen extrahiert und dem Recyclingkreislauf wieder zugeführt.
Es verkauft zurückgewonnenes Silber und Kupfer auf Rohstoffmärkten sowie Glas, Silizium und Aluminium an Hersteller und Betreiber von Solarmodulen.
Unter Berufung auf eine Schätzung der EIA, wonach Solarenergie in diesem Jahr 54 % der neuen Stromerzeugungskapazität im Versorgungsmaßstab in den Vereinigten Staaten ausmachen wird, sagte Suvi Sharma, CEO von Solarcycle : „Solarenergie entwickelt sich zur dominierenden Form der Stromerzeugung. Damit einher gehen jedoch neue Herausforderungen und Chancen. Wir haben hervorragende Arbeit geleistet, um Solarenergie effizient und kostengünstig zu gestalten, haben aber bisher noch nichts unternommen, um sie kreislauffähig zu machen und mit dem Ende ihrer Lebensdauer [der Module] umzugehen.“
Laut der US-Energieinformationsbehörde (EIA) erzeugten Wind- und Solarenergie im vergangenen Jahr 13.6 % des Stroms im Versorgungsmaßstab. Diese Zahlen werden mit dem Ausbau erneuerbarer Energien voraussichtlich steigen. Einige der größten Energieversorger des Landes liegen bereits deutlich vor dem Zeitplan.
Der Anteil von vollelektrischen Fahrzeugen an den insgesamt 13.8 Millionen in den USA verkauften Fahrzeugen stieg 2022 auf 5.8 Prozent , gegenüber 3.2 Prozent im Jahr 2021. Angesichts der kürzlich von der US-Umweltschutzbehörde (EPA) vorgeschlagenen Emissionsgrenzwerte und Kraftwerksvorschriften könnten Elektrofahrzeuge bis 2032 einen Marktanteil von 67 Prozent erreichen. Zudem werden immer mehr Energieversorger gezwungen sein, ihre Stromerzeugungswende zu beschleunigen.
Sowohl das Bipartisan Infrastructure Act als auch das Inflation Reduction Act (IRA) bieten Steuererleichterungen und Finanzierungsmöglichkeiten für die Herstellung von Solarmodulen und -komponenten im Inland. Sie stellen außerdem Mittel für die Forschung an neuartigen Solartechnologien bereit und fördern das sichere Recycling ausgedienter Solarmodule und Windturbinen.
Neben Solarcycle verfügt First Solar seit 2005 über ein eigenes Recyclingprogramm. Pat Buehler , Chief Product Officer von First Solar, erklärte in einer E-Mail: „Wir haben erkannt, dass die Integration von Kreislaufwirtschaft in unsere Abläufe notwendig ist, um das Geschäft nachhaltig auszubauen. Anstatt Metalle und Glas aus ausrangierten Modulen zu gewinnen und Produktionsabfälle herzustellen, ermöglicht unser Recyclingprozess die Rückgewinnung von Halbleitern in einem geschlossenen Kreislauf für die Verwendung in neuen Modulen.“
First Solar ist der größte Solarmodulhersteller der USA. Das 1999 in Tempe, Arizona, gegründete Unternehmen verfügt heute über Produktionsstätten in Ohio und eine weitere in Alabama, die sich im Bau befindet.
Das Unternehmen erhielt 7.3 Millionen Dollar an Forschungsgeldern, um ein neues Solarmodul für Wohnhäuser zu entwickeln, das effizienter ist als bestehende Silizium- oder Dünnschichtmodule.
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Wussten Sie schon ? Die meisten alten oder beschädigten Solarmodule landen auf Mülldeponien, weil das günstiger ist als das Recycling. Das passiert in etwa 90 % der Fälle.
Verhindern, dass Solarmodule auf Mülldeponien landen
„Die durchschnittliche Lebensdauer eines Solarmoduls beträgt etwa 25 bis 30 Jahre, und landesweit sind bereits über 500 Millionen installiert. Die Anzahl reicht von einem Dutzend auf dem Dach eines Wohnhauses bis hin zu Tausenden in einem kommerziellen Solarpark“, sagte Suvi Sharma.
Da die Solarkapazität jährlich um 21 % wächst , werden zig Millionen weitere Solarmodule installiert – und wieder abgebaut. Eine 2019 in der Fachzeitschrift „Renewable Energy“ veröffentlichte Studie warnt davor, dass zwischen 2030 und 2060 rund 9.8 Millionen Tonnen Solarabfall anfallen könnten. Dies unterstreicht die dringende Notwendigkeit nachhaltigerer und effizienterer Entsorgungsmethoden für Solarmodule, um die Umweltbelastung unseres Planeten zu verringern.
Sharma fügte hinzu: „Aktuell landen etwa 90 % der ausgedienten oder defekten Solarmodule auf Mülldeponien, hauptsächlich weil die Entsorgung deutlich günstiger ist als das Recycling. Wir gehen davon aus, dass sich diese Differenz in den nächsten fünf bis zehn Jahren deutlich verringern wird. Dies wird durch eine Kombination aus kostengünstigerem Recycling und steigenden Deponiekosten erreicht.“
Massive Rotorblätter von Windkraftanlagen sind fast vollständig recycelbar
Ausrangierte Windkraftanlagen stellen neben wirtschaftlichem Potenzial auch ein weiteres Recyclingproblem dar. Windkraftanlagen haben eine Lebensdauer von 20 Jahren, und die meisten stillgelegten Anlagen landen zusammen mit ausrangierten Solarmodulen auf Mülldeponien. Dabei ist fast jede Komponente einer Turbine recycelbar, vom Stahlturm bis zu den Rotorblättern aus Verbundwerkstoffen, die normalerweise 170 Meter lang sind. Die neuesten Modelle erreichen jedoch Längen von über 350 Metern, was problematisch sein kann.
Laut einer Studie des NREL aus dem Jahr 2021 werden in den USA in den folgenden fünf Jahren jährlich zwischen 3,000 und 9,000 Mähwerksmesser ausgemustert. Diese Zahl wird bis 2040 voraussichtlich auf 10,000 bis 20,000 steigen. Bis 2050 werden 235,000 Messer entfernt , was einem Gesamtgewicht von 2.2 Millionen Tonnen entspricht. Dies entspricht mehr als 60,627 voll beladenen Traktoren.
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Unternehmen der Kreislaufwirtschaft haben beschlossen, diesen Abfall nicht zu entsorgen. Deshalb werden ausgediente Solarmodule und Windturbinen recycelt. Hersteller von Windturbinen arbeiten im Sinne der Nachhaltigkeit mit Recyclingpartnern zusammen, um vor allem zu verhindern, dass ihre Rotorblätter auf Mülldeponien landen.
Carbon Rivers mit Sitz in Knoxville hat Anlagen entwickelt, die nicht nur Turbinenschaufeln, sondern auch ausrangierte Verbundwerkstoffe aus der Automobil-, Bau- und Schifffahrtsindustrie zerkleinern. Anschließend werden diese mittels Pyrolyse in recycelte Glasfasern umgewandelt. David Morgan , Chief Strategy Officer des Unternehmens, erklärte: „Die Anlage kann für die Fertigung von Turbinenschaufeln, Schiffen, Verbundbeton und Autoteilen der nächsten Generation eingesetzt werden.“
Veolia Nordamerika eröffnete 2020 in Missouri eine Recyclinganlage, die bisher rund 2,600 Rotorblätter verarbeitet hat. Julie Angulo , Senior Vice President für Technik und Leistung, erklärt: „Wir sehen derzeit die ersten Rotorblätter, die 10 bis 12 Jahre alt sind, aber wir wissen, dass diese Zahl von Jahr zu Jahr steigen wird.“
Veolia nutzt hierfür die Ofen-Mitverarbeitung. Das Unternehmen verfolgt einen innovativen Ansatz zur Wiederaufbereitung von zerkleinerten Schaufeln und anderen Verbundwerkstoffen zur Brennstoffgewinnung. Diesen Brennstoff verkauft es an Zementhersteller als Ersatz für Kohle, Sand und Ton. Bei der Zementherstellung reduziert das Verfahren die Kohlendioxidemissionen um 27 % und den Wasserverbrauch um 13 %.
Die Konkurrenten von GE Renewable Energy arbeiten an Lösungen, um die nächste Generation von Rotorblättern von vornherein besser recycelbar zu gestalten. Siemens Gamesa Renewable Energy hat mit der Produktion vollständig recycelbarer Rotorblätter für Onshore- und Offshore-Windkraftanlagen begonnen. Ziel ist es, bis 2040 alle Turbinen vollständig recycelbar zu machen. Vestas stellte im Februar eine neuartige Technologie vor, die es ermöglicht, auf Epoxidharz basierende Turbinenrotorblätter zu zerlegen und zu recyceln.
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Schrott aus Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge
Da die Lebensdauer der Batterien für Elektrofahrzeuge 10 bis 20 Jahre oder 100,000 bis 200,000 Meilen beträgt, verarbeiten Recyclingunternehmen heute hauptsächlich den Schrott der Batteriehersteller.
Das in Toronto ansässige Unternehmen Li-Cycle hat ein zweistufiges Verfahren entwickelt, das Batterien und Abfall in inerte Materialien umwandelt. Diese werden anschließend mittels eines hydrometallurgischen Prozesses zerkleinert, um Mineralien zu gewinnen, die wieder in die Produktionskette eingespeist werden. Ajay Kochhlar, Mitgründer und CEO von Li-Cycle, erklärt: „Wir sind auf Kurs, die Anlage in Rochester Ende dieses Jahres in Betrieb zu nehmen.“
Redwood Materials wurde 2017 von JB Straubel , dem ehemaligen Technologiechef und Mitgründer von Tesla, in der Nähe von Reno, Nevada, gegründet. Das Unternehmen verfolgt einen neuartigen Ansatz beim Batterierecycling. Redwood nutzt unter anderem Hydrometallurgie, um Batterien und Altbatterien zu zerkleinern.
In einer E-Mail erklärte Redwood: „Wir streben an, bis 2025 100 GWh/Jahr an Kathodenmaterialien und Anodenfolie für eine Million Elektrofahrzeuge herzustellen. Bis 2030 wollen wir die Produktion auf 500 GWh/Jahr steigern, wodurch genügend Batterien für fünf Millionen Elektrofahrzeuge zur Verfügung stünden.“
Ascend Elements mit Hauptsitz in Westborough, Massachusetts, nutzt ebenfalls hydrometallurgische Technologie. Das Unternehmen gewinnt Kathodenmaterial hauptsächlich aus Batterieabfällen sowie ausrangierten Lithium-Ionen-Batterien. Die sichere Entsorgung von Batterien ist ebenso wichtig wie das sichere Recycling von ausgedienten Solarmodulen und Windkraftanlagen.
In diesem Zusammenhang sagte Garvin Heath , leitender Analyst für Energienachhaltigkeit beim NREL : „Es ist wichtig, den Kontext dieser neuen Technologien zu berücksichtigen und ihren gesamten Lebenszyklus zu verstehen. Die Kreislaufwirtschaft bietet diesen Branchen viele Möglichkeiten, bereits in einer relativ frühen Wachstumsphase so nachhaltig und umweltfreundlich wie möglich zu agieren.“
