“清洁能源的回收技术突破”

硅光伏板的结构

随着可再生能源装置在全球范围内成倍增加，第一代太阳能电池板、风力涡轮机叶片和锂离子电池即将达到其使用寿命并下线。他们的回收问题开始引起关注。最常用的硅光伏板是将银电路印刷到硅晶片上，并添加铜连接而成的，这些太阳能电池被夹在玻璃板之间，玻璃板用一层粘性聚合物将粘合在一起。但如何拆开硅光伏板来回收电池板的各个组件，以及如何处理聚合物，是一个巨大的问题。

2050年，退役的光伏板8000万吨

到2030年，全球将堆积约800万吨的退役太阳能电池板。到2050年，这个数字可能达到8000万吨。麻省理工学院预测，到2050年，每年从退役太阳能电池板中回收的材料的价值可能达到20亿美元。另一个驱动因素是立法，美国华盛顿州已禁止太阳能电池板进入垃圾填埋场，欧盟则要求制造商实施太阳能电池回收。

有公司通过创新流程拆卸光伏板

一些公司正在积极响应这种可持续发展的趋势，比如德克萨斯州的SolarCycle，它开发了一种创新的流程来拆卸太阳能电池板夹层，可回收高达90%的材料。利用热量将玻璃与聚合物和太阳能电池完全分离，然后将电池磨碎以回收有价值的材料，如硅、银、铜、铝和锡。还有很多其他公司也在回收太阳能电池方面在尝试更好的方法。

有公司开发新的金属回收方案

另一个例子是意大利初创公司9-Tech刚刚宣布了两项创新，旨在减少当前回收方法的排放和环境影响。该公司使用过滤器捕获一氧化碳、氢氟酸和其他有害污染物，这些污染物是在燃烧破碎的太阳能电池板碎片上的聚合物时释放出来的。9-Tech不是用氢氟酸、硝酸或氢氧化钠等有毒试剂从硅晶片上剥离银，而是用充满温和得多的有机酸的超声波低音去除银。该公司声称可以高纯度回收90%的银、95%的硅和99%以上的铜、铝和玻璃，并将在未来18个月内从试验工厂扩大到回收工厂。

NREL新方案：飞秒激光焊接玻璃板

这些都是太阳能电池板回收方面迈出的重要一步。另一个方向是制造出更具可回收性的太阳能电池板。美国能源部国家可再生能源实验室NREL的研究人员，率先使用飞秒激光形成玻璃与玻璃的焊接，从而无需在制造太阳能电池板夹层时使用聚合物粘合剂。飞秒激光器发射超短脉冲，将玻璃熔化在一起。它形成了一种气密密封。这些激光焊接位置非常精确，执行速度非常快，不会加热附近的材料。

新方案能简化回收，并增加寿命

消除太阳能电池板上的聚合物粘合剂不仅会使它们更容易、更清洁地回收，而且还可以延长使用寿命。聚合物降解是太阳能电池板在使用25年左右后退役的主要原因。粘合剂在阳光下降解会导致变色，从而降低进入电池的光子通量，而聚合物的分层会使水和氧气进入，从而导致腐蚀。飞秒激光密封技术尚未上市，但一旦成功，就能增加使用寿命和可回收性，使太阳能电池板就有更高的性价比。

环氧树脂让风力叶片回收困难

当今风力涡轮机群的平均翼展比一个足球场还长，如此巨大的尺寸带来了材料挑战。要使用20多年，叶片必须坚固耐用，能够承受自身重量，经过1亿次负载循环而不变形。它们必须重量轻但又坚固，这就是为什么现代风力涡轮机大多是空心的，外壳由玻璃或碳纤维制成，并用环氧树脂等热固性树脂粘合以增加强度，而问题就出在上。当叶片达到其使用寿命时，没有简单的方法可以分解这些热固性树脂来回收纤维。如果烧掉树脂，会产生空气污染物，也会使纤维变脆并被炭化物污染。用刺激性溶剂降解树脂，则会产生额外的危险废物。因此，退役的叶片现在都会被送往垃圾填埋场。到2050年，全球各地的垃圾填埋场可能会堆积4300万吨风力涡轮机叶片废物，这是一个既不清洁也不可持续的前景。

部分风力材料的回收方案

为推动创新，美国能源部颁发了360万美元奖金，用于奖励那些发现叶片可持续新用途的公司，作为风力涡轮机材料回收利用奖的一部分。其中一些公司将研磨后的叶片用于建筑，创造出可回收的地板防水混凝土处理剂，甚至用于大规模3D打印的填料。另一家公司则通过使用电脉冲将玻璃纤维树脂复合材料转化为碳化硅来延长叶片的使用寿命。但要使风力发电真正可持续，我们需要做的不仅仅是重复使用旧的涡轮叶片，而是将它们回收利用成新的叶片。

NREL研究出新的树脂材料PECAN，支持甲醇降解

美国国家可再生能源实验室NREL的研究人员设计出了一种树脂，可能预示着完全可回收风力涡轮机叶片时代的到来。这种聚合物被称为PECAN，即聚酯共价适应网络，由生物质衍生材料制成的。与行业标准树脂不同，当树脂纤维复合材料在225°C的甲醇中浸泡6小时后，PECAN 就会分解，留下干净、坚固的玻璃纤维，可供重复使用。虽然树脂本身不能直接重复使用，但降解的树脂可以重新用于其他用途。

完成了概念验证

该团队使用PECAN建造了一个9米长的概念验证可回收风力叶片，以证明该树脂采用行业标准的真空辅助叶片制造技术即可即插即用。他们还对PECAN增强玻璃纤维进行了一系列测试，发现PECAN的强度和耐候性与行业标准树脂相当，在某些情况下甚至超过了它们。

电池行业，同样面临回收问题

除了发电端面临回收问题，储能端同样需要更好的回收方式。2023 年全球新增97GWh储能电池，预计到2030年将达到442GWh。就像太阳能电池板和风力涡轮机叶片一样，所有优质电池都会走到寿命的尽头，都面临着回收问题。电池材料，如锂、铜、钴和镍，不会随着电池老化而耗尽或降解，相反，它们可以被回收提炼并重新融入新电池生产中。

Redwood Materials预计每年能回收20GWh

由特斯拉联合创始人 JB Straubel 创办的内华达州Redwood Materials公司，目标是建立电池的循环供应链。他们估计，其每年可回收20GWh的报废锂电池，回收的材料足以为25万辆电动汽车配备电池组。该公司使用化学回收工艺回收超过95%的电池材料，并将其回收制成新的阳极和阴极组件。

与车企签署回收协议，声称每年利润超1亿

Redwood Materials已经签署协议，回收特斯拉、福特、通用汽车、宝马、丰田、日产和电动自行车制造商Specialized 的电动汽车电池。宝马和丰田已承诺直接从Redwood Materials购买新的电池材料组件。Redwood Materials 声称他们每年已经获得了超过1亿美元的利润。随着欧盟出台最低回收含量立法，加入电池回收潮流的公司利润肯定会上升。

使用湿法回收，主要基于斯坦福大学的一项研究

Redwood Materials使用专有的湿法冶金技术，从废旧电池中提取特定金属。虽然具体的工厂设计和工艺流程尚未向公众开放，但他们的大部分内容都基于斯坦福大学的一项研究。需要明确的是，满足世界对可再生能源生产和储存的需求将需要更多的原材料和额外的采矿。该领域还未形成一个完美封闭的生产循环，但可以减少对化石燃料的依赖，并朝着可持续发展迈出有意义的步伐。