Все больше стартапов появляются с целью восстановления, переработки и повторного использования материалов, оставшихся после новых разработок в области климатических технологий. Эти организации стремятся построить круговую экономику для компонентов чистой энергии путем переработки отслуживших свой срок солнечных панелей и ветряных турбин.
Такие компании, как Solarcylcle, First Solar, Li-Cycle, Redwood Materials, Carbon Rivers и Veolia, работают над сокращением отходов и поиском для них экономического применения, одновременно решая экологические проблемы. Быстро развивающаяся солнечная и ветровая энергетика, а также растущая популярность электромобилей (ЭМ) служат напоминанием о необходимости решения проблемы отходов.
Растущая зависимость от возобновляемых источников энергии — это потребность часа, чтобы сократить эксплуатацию ископаемого топлива. Растущие секторы возобновляемой энергии вскоре произведут тонны мусора. В ближайшем будущем эти миллионы фотоэлектрических (PV) солнечных панелей, ветряных турбин и литий-ионных аккумуляторов электромобилей достигнут конца своих индивидуальных жизненных циклов.
Некоторые новые стартапы стремятся создать круговую экономику для компонентов чистой энергии. Они хотят быть уверены, что не повторят прошлых ошибок, не убирая выведенные из эксплуатации угольные шахты, нефтяные скважины и электростанции. Эти стартапы стремятся восстановить, переработать и повторно использовать части инноваций в области климатических технологий, чтобы создать устойчивое и прибыльное решение.
Solarcycle — яркий пример компании, пытающейся решить проблему отходов от климатических технологий будущего. Основанная в прошлом году в Окленде, штат Калифорния, компания построила завод по переработке отходов в Одессе, штат Техас. Там она извлекает и повторно использует 95% материалов из отслуживших свой срок солнечных панелей, возвращая их в цепочку поставок.
Компания продает восстановленное серебро и медь на товарных рынках, а также стекло, кремний и алюминий производителям и операторам солнечных панелей.
Ссылаясь на оценку EIA, согласно которой в этом году на солнечную энергию будет приходиться 54% новых мощностей по производству электроэнергии в США, генеральный директор Solarcycle Суви Шарма заявил: «Солнечная энергия становится доминирующим видом производства электроэнергии. Но это влечет за собой новые проблемы и возможности. Мы проделали феноменальную работу, сделав солнечную энергию эффективной и экономически выгодной, но пока ничего не сделали для того, чтобы сделать ее циклической и решить проблему утилизации [панелей] после окончания срока их службы».
По данным Управления энергетической информации США (EIA), в прошлом году на ветровую и солнечную энергию пришлось 13.6% электроэнергии, вырабатываемой крупными электростанциями. Эти показатели, вероятно, вырастут по мере расширения использования возобновляемых источников энергии. Некоторые из крупнейших энергетических компаний страны уже значительно опережают график.
Продажи полностью электрических автомобилей выросли до 5.8% от общего числа 13.8 миллионов автомобилей, приобретенных в США в 2022 году, по сравнению с 3.2% в 2021 году. С учетом недавно предложенных Агентством по охране окружающей среды (EPA) ограничений на выбросы выхлопных газов и правил для электростанций, к 2032 году продажи электромобилей могут занять 67% рынка. Кроме того, все большему числу коммунальных предприятий придется ускорить переход на новые методы производства электроэнергии.
Закон о двухпартийной инфраструктуре и Закон о сокращении инфляции (IRA) предоставляют налоговые льготы и финансирование для отечественного производства солнечных панелей и компонентов. Они также предоставляют средства для исследований в области новых солнечных технологий и поощряют безопасную переработку отслуживших свой срок солнечных панелей и ветряных турбин.
Помимо Solarcycle, компания First Solar с 2005 года имеет собственную программу переработки отходов. Главный директор по продуктам First Solar, Пэт Бюлер, отметил в своем письме: «Мы понимали, что интеграция принципов замкнутого цикла в нашу деятельность необходима для устойчивого масштабирования бизнеса. Но вместо извлечения металлов и стекла из отработанных панелей и производственного лома, наш процесс переработки обеспечивает замкнутый цикл извлечения полупроводников для использования в новых модулях».
First Solar — крупнейший производитель солнечных панелей в США. Основанная в Темпе, штат Аризона, в 1999 году, компания в настоящее время имеет производственные площадки в Огайо и одну строящуюся в Алабаме.
Компания получила 7.3 миллиона долларов на финансирование исследований для разработки новых солнечных панелей для жилых домов, устанавливаемых на крышах, которые будут более эффективны, чем существующие кремниевые или тонкопленочные модули.
Читайте также: Техасский стартап перерабатывает редкоземельные магниты для поддержания экономической безопасности
Знаете ли вы : Большинство старых или поврежденных солнечных панелей утилизируются на свалках, потому что это дешевле, чем переработка. Это происходит примерно в 90% случаев.
Предотвращение попадания солнечных панелей на свалки
«Средний срок службы солнечной панели составляет от 25 до 30 лет, и по всей стране уже установлено более 500 миллионов таких панелей. От десятка на крыше жилого дома до тысяч на коммерческих солнечных электростанциях», — сказала Суви Шарма.
При ежегодном увеличении мощности солнечных электростанций на 21% , будут установлены и демонтированы десятки миллионов новых панелей. Исследование, опубликованное в 2019 году в журнале Renewable Energy, предупреждает, что с 2030 по 2060 год объем отходов от солнечных панелей может составить около 9.8 миллионов метрических тонн. Эта проблема подчеркивает острую необходимость в более устойчивых и эффективных методах утилизации солнечных панелей для смягчения воздействия на окружающую среду.
Шарма добавил: «В настоящее время около 90% отслуживших свой срок или неисправных солнечных панелей оказываются на свалках, главным образом потому, что их утилизация обходится гораздо дешевле, чем переработка. Мы ожидаем, что в ближайшие пять-десять лет этот разрыв значительно сократится благодаря сочетанию повышения экономической эффективности переработки и постоянного роста затрат на захоронение отходов».
Массивные лопасти ветряных турбин почти полностью подлежат вторичной переработке
Выведенные из эксплуатации ветряные турбины создают еще одну проблему переработки, а также открывают коммерческие возможности. Срок службы ветряных турбин составляет 20 лет, и большинство выведенных из эксплуатации турбин, наряду с солнечными батареями, оказываются на свалках. Однако почти каждый компонент турбины подлежит переработке, от стальной башни до композитных лопастей, длина которых обычно составляет 170 футов. Но самые последние модели превышают 350 футов, что может создавать проблемы.
Согласно исследованию NREL 2021 года , в Соединенных Штатах в течение следующих пяти лет ежегодно будет выводиться из эксплуатации от 3,000 до 9,000 отвалов. Предполагается, что к 2040 году это число увеличится на 10 000–20 000. К 2050 году будет выведено из эксплуатации 235 000 отвалов , что составит 2.2 миллиона метрических тонн общей массы. Это эквивалентно более чем 60 627 полностью загруженным тракторам.
Узнайте о циклической экономике возобновляемой энергии и о том, как она работает
Компании в экономике замкнутого цикла решили не допускать, чтобы все эти отходы пропадали впустую, поэтому следует перерабатывать отслужившие свой срок солнечные панели и ветряные турбины. Производители ветряных турбин сотрудничают с партнерами по переработке в духе устойчивости бизнеса, в первую очередь, чтобы избежать накопления лопастей на свалках.
Компания Carbon Rivers , расположенная в Ноксвилле, разработала оборудование для измельчения не только лопаток турбин, но и отходов композитных материалов из автомобильной, строительной и морской промышленности. Затем она преобразует их в переработанное стекловолокно с помощью процесса пиролиза. Дэвид Морган , директор по стратегии компании, сказал: «Это оборудование может быть использовано для производства лопаток турбин, морских судов, композитного бетона и автомобильных деталей нового поколения».
Компания Veolia North America в 2020 году запустила завод по переработке лопастей в штате Миссури, где на сегодняшний день переработала около 2,600 лопастей. Джули Ангуло , старший вице-президент по техническим вопросам и производительности, говорит: «Мы видим первую волну лопастей возрастом от 10 до 12 лет, но мы знаем, что это число будет расти из года в год».
Компания Veolia использует для этой цели технологию совместной переработки в печах. Компания применяет инновационный подход, восстанавливая измельченные лезвия и другие композитные материалы для производства топлива. Затем она продает его производителям цемента в качестве замены угля, песка и глины. В цементной промышленности эта технология снижает выбросы углекислого газа на 27% и потребление воды на 13%.
Конкуренты компании GE Renewable Energy работают над способами повышения возможности вторичной переработки лопастей следующего поколения с самого начала. Siemens Gamesa Renewable Energy начала производство полностью перерабатываемых лопастей как для наземных, так и для морских ветротурбин. Цель компании — сделать все свои турбины полностью перерабатываемыми к 2040 году. В феврале компания Vestas представила новую технологию, позволяющую разбирать и перерабатывать лопасти турбин на основе эпоксидной смолы.
Читайте также: Норвегия уже живет в будущем электромобилей
Лом литий-ионных аккумуляторов электромобилей
Поскольку срок службы аккумуляторов электромобилей составляет 10–20 лет или 100,000 200,000–XNUMX XNUMX миль, переработчики теперь в основном перерабатывают отходы производителей аккумуляторов.
Компания Li-Cycle из Торонто разработала двухэтапную технологию, которая преобразует батареи и мусор в инертные материалы. Затем они измельчаются с помощью гидрометаллургического процесса для получения минералов, которые затем продаются обратно в основную производственную цепочку. Соучредитель и генеральный директор Li-Cycle Аджай Кочхлар говорит: «Мы планируем начать ввод в эксплуатацию предприятия в Рочестере в конце этого года».
Компания Redwood Materials была основана в 2017 году Джей Би Страубелем , бывшим техническим директором и соучредителем Tesla, и применяет новаторский подход к переработке батарей. Для разборки батарей и отходов Redwood также использует гидрометаллургию.
В электронном письме компания Redwood заявила: «Мы стремимся производить 100 ГВт·ч в год катодных активных материалов и анодной фольги для одного миллиона электромобилей к 2025 году. К 2030 году наша цель — увеличить производство материалов до 500 ГВт·ч в год, что позволит обеспечить энергией пять миллионов электромобилей».
Компания Ascend Elements , штаб-квартира которой находится в Вестборо, штат Массачусетс, также использует технологию гидрометаллургии. Они извлекают активный катодный материал в основном из отходов производства батарей, а также из отработанных литий-ионных аккумуляторов. Безопасная утилизация батарей имеет такое же важное значение, как и безопасная переработка отслуживших свой срок солнечных панелей и ветряных турбин.
В этом контексте старший аналитик по вопросам устойчивого развития энергетики в NREL Гарвин Хит сказал: «Важно учитывать контекст этих новых технологий и понимать весь их жизненный цикл. Экономика замкнутого цикла предоставляет этим отраслям множество возможностей для обеспечения максимальной устойчивости и экологичности на относительно раннем этапе их развития».
