Zonne-energie zoekt combinatie met circulaire economie

Dit artikel is een uittreksel uit een uitgebreide wetenschappelijke review paper. Onderaan kan je referenties vinden naar de volledige paper en meer informatie over dit thema.

Deels onder de noemer van het Europese Horizon2020 subsidieproject CIRCUSOL, promoten en ontwikkelen imec en zijn partners technologie en zakelijke inzichten voor een circulaire productieketen in de sector van zonne-energie (PV). Met aandacht voor het hele spectrum: van recyclage en hergebruik van ruwe materialen tot herstellen, herwaarderen en hergebruiken van afgedankte installaties. Eszter Voroshazi, groepsleider van de PV module en systeemactiviteiten bij imec, en Ioannis Tsanakas, Marie Curie onderzoeker bij imec, introduceren de hoe, wat en waarom van circulaire PV. Ze zijn beiden verbonden aan EnergyVille, een samenwerking tussen imec, VITO, KU Leuven en UHasselt voor onderzoek naar duurzame energie en intelligente energiesystemen.

Een berg afval, een berg mogelijkheden

De fotovoltaïsche (PV) industrie kent een gigantische groei, met name in het laatste decennium. Zowat tachtig procent van alle installaties van zonnecellen wereldwijd gebeurde in de laatste vijf jaar. Momenteel is PV wereldwijd goed voor meer dan vijfhonderd Gigawatt piekvermogen en – uitgaande van de huidige groei – verdubbelt dat naar meer dan een Terawatt tegen 2022.

Aan de keerzijde van de medaille betekent dat ook dat het aantal PV systemen wat het einde van zijn eerste levensduur bereikt binnen enkele jaren in dezelfde mate zal toenemen. Zonder afdoende maatregelen zullen deze opstapelen op de afvalberg. Studies tonen aan dat wereldwijd afval van PV modules kan oplopen tot acht miljoen ton tegen 2030 en het gecumuleerd tienvoud ervan tegen 2050. Zonder het afval mee te rekenen wat ontstaat in de productieketen of door modules die worden afgedankt voor het verlopen van hun technologische levensduur (bv. door verzekeringsclaims, herinrichting van de energie-infrastructuur etc.). Ter vergelijking met andere afvalstromen: de hoeveelheid plastic verpakkingsafval in Europa wordt geschat op vijftien miljoen ton per jaar.

Eerder dan dit te beschouwen als een onoverkomelijk probleem – of het de rug toe te draaien – benaderen de PV sector en aanverwante partijen deze evolutie al als een tijdperk van nieuwe mogelijkheden.

Met kansen voor nieuwe verdienmodellen doorheen de hele waardeketen.

In toenemende mate besteedt de sector aandacht en middelen aan een meer gestroomlijnd productie- en onderhoudsproces om een zo kostenefficiënt mogelijke eerste levenscyclus te garanderen. En aan (economisch) duurzame modellen voor ophaling en herstelling om ook een betrouwbare en competitieve werking te garanderen tijdens een eventuele tweede levenscyclus.

Een waaier aan mogelijke aanvliegroutes

Recyclage en hergebruik van ruwe materialen, herstellen of herwaarderen van afgedankte installaties met het oog op een tweede levenscyclus… zijn allen van belang voor een duurzame ecologische en economische toekomst van een op PV gebaseerde energiesector.

Er is al best wat onderzoek gebeurd en er bestaan bijvoorbeeld al stroomdiagrammen om doorheen deze verschillende opties te navigeren aan het eind van de levensduur van PV systemen. Toch blijven veel inzichten relatief gefragmenteerd en ook wat eenzijdig. Veelal richten ze zich op recyclage en daaraan gerelateerde innovaties. Het potentieel voor waardecreatie uit hergebruik blijft tamelijk onderbelicht. Goede voorbeelden van hergebruik en herwaardering zijn schaars. Net als op het vlak van betrouwbaarheid, certificering en kwalificatie van PV systemen in hun tweede levenscyclus. En zelfs de meest recente projecten baseren zich voornamelijk op klassieke lineaire verdienmodellen. Er is duidelijk ruimte voor bewustwording over mogelijk aanvullende waardecreatie via circulaire businessmodellen.

Bijvoorbeeld door de oorspronkelijke producenten en iedereen stroomafwaarts in de keten te betrekken bij relevante aspecten van het opzetten van een tweede levenscyclus.

CIRCUSOL brengt licht in de tunnel

CIRCUSOL (voluit ‘circular business models for the solar power industry’) is een innovatie-actieproject gesubsidieerd door het Horizon 2020 programma van de Europese Commissie. Met VITO als coördinator bestaat het consortium uit vijftien partners uit zeven landen. Het programma startte in 2018 en wil in vier jaar tijd de verschillende scenario’s formaliseren voor het einde van de eerste levensduur van PV systemen en er de gepaste technische standaarden en wetgevende kaders voor ontwikkelen. Op basis van deze kennis wil het programma een systeem van producten en diensten (product-service system; PSS) ontwikkelen en valideren dat de implementatie van circulaire businessmodellen doorheen de keten kan ondersteunen.

De eerste inzichten uit het programma blijken al erg waardevol. Zo werd al duidelijk dat afgedankte PV systemen momenteel als haast vanzelfsprekend in de afvalstroom terechtkomen en dan ofwel vernietigd ofwel gerecycleerd worden. Omdat het merendeel van de installaties nog ver van hun theoretische eerste levensduur zijn, bestaat deze stroom echter grotendeels uit apparaten en onderdelen die afgekeurd zijn in het productieproces of die zijn stuk gegaan tijdens transport of in hun eerste vier levensjaren. De CIRCUSOL partners en experts schatten dat ongeveer de helft van de PV modules in de afvalstroom nog kunnen hersteld worden of opgewaardeerd voor hergebruik.

CIRCUSOL heeft ook een gedetailleerd overzicht gemaakt van de belangrijkste spelers in de verschillende ketens die ontstaan aan (of voor) het eind van een eerste levensduur van PV systemen. Samen met hun meest gangbare technologieën en businessmodellen.

Een wetgevend duwtje in de rug

Wie bekend is met de PV sector weet dat herstel en opwaardering van PV systemen momenteel een relatief informeel circuit is, bestaande uit onafhankelijke private bedrijven die geen ondersteuning hebben vanuit de oorspronkelijke fabrikanten. Mede daardoor zijn er vandaag weinig inzichten en al helemaal geen standaarden in het karakteriseren van ‘tweedehands’ PV modules of het testen van hun betrouwbaarheid. Er bestaan ook geen labels of certificering voor. Nochtans, vanuit een functioneel perspectief vallen ook deze ‘tweedehandsmodules’ onder de Europese richtlijn inzake het op de markt aanbieden van elektrisch materiaal bestemd voor gebruik binnen bepaalde spanningsgrenzen (2014/35/EU). En zijn de daarin beschreven conformiteitseisen en veiligheidsvoorschriften ook van toepassing.

Daarnaast richt ook de Europese richtlijn betreffende afgedankte elektrische en elektronische apparatuur (AEEA) (2012/19/EU) zich op de elektronische afvalstromen in de Europese lidstaten. Met als een van de vereisten dat een 85/80 (%) hergebruik/recyclage van PV afval per massa moet gerecycleerd worden vanaf 2019. Waarbij het geen geheim is dat de technologie voor recyclage en einde levensduur nog doorontwikkeld moeten worden om aan deze en toekomstige richtlijnen te voldoen.

Samen de vruchten plukken

Al bij al voldoende redenen voor de PV sector en aanverwante partijen om samen stappen te nemen om waarde te kunnen creëren uit deze verscheidenheid aan toekomstige mogelijkheden. Inclusief, en zeker niet beperkt tot, het ontwikkelen en uittesten van concepten waarin al bij het ontwerp rekening wordt gehouden met eventuele recyclage, herstel of hergebruik; het opstellen van protocollen voor gerichte en kost-efficiënte betrouwbaarheidstesten en karakterisering van ‘tweedehands’ PV modules; en kosten-baten- en levenscyclus analyses voor hergebruik van PV modules. Als partner in CIRCUSOL verwelkomt imec alle bijdragen en vragen gerelateerd aan dit onderwerp.

Dankwoord

Bovenstaande inzichten kwamen tot stand dankzij de waardevolle bijdrage van alle projectpartners binnen CIRCUSOL (oproep: H2020-EU.3.3.5.4), evenals de individuele bijdrage aan de werkzaamheden in het kader van PVMINDS (oproep: H2020-EU.1.3.2). Deze projecten zijn gefinancierd door het onderzoeks- en innovatieprogramma Horizon 2020 van de Europese Unie in het kader van de respectieve subsidieovereenkomsten 776680 en 752117. Deze werkzaamheden zijn ook gedeeltelijk gefinancierd door de Koeweitse Stichting voor de bevordering van de wetenschappen onder projectnummer CN18-15EE-01.

Meer weten?

• Wil je meer details, inclusief alle wetenschappelijke referenties? Vraag dan hier de paper op die ook gepresenteerd is op de 36th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (EU PVSEC 2019) in September 2019 in Marseille (Frankrijk). Vul het contactformulier in en u ontvangt de volledige paper.
• Heb je interesse in een diepgaande informatieve workshop over dit onderwerp? Bij voldoende interesse willen imec en de CIRCUSOL partners een of meerdere activiteiten organiseren om hun kennis over circulaire PV toe te lichten en met alle geïnteresseerden in interactie te gaan. Ze richten zich daarbij op alle betrokkenen, van producenten over installateurs tot verzekeringsbedrijven. Vul het contactformulier in en je wordt op de hoogte gehouden zodra er een workshop wordt georganiseerd.
• Website van het CIRCUSOL project.
• Website van EnergyVille.
• Overzicht van imec's expertise in Si en dunne-film PV.