‘Een duurzaam zonnepaneel is duurzaam recyclebaar’

Circulariteit is noodzakelijk voor verduurzaming, maar dat circulaire proces moet dan wel eerst zelf duurzaam gemaakt worden. Dat geldt ook voor zonnepanelen, zo stelt Mirjam Theelen, senior onderzoeker bij TNO. Ze wijst daarbij op de weg die momenteel wordt bewandeld ten aanzien van de huidige uitrol van zonnepanelen in relatie tot het realiseren van de globale klimaatdoelen; die is nog niet optimaal.

CO₂-budget
Theelen: ‘Vooropgesteld, een zonnepaneel is al vele malen duurzamer dan fossiele energie. Kolenstroom is bijvoorbeeld goed voor 800 tot 1.000 gram CO₂-uitstoot per kilowattuur opgewekte elektriciteit. Bij hedendaagse zonnestroom is dat – mede als gevolg van grondstoffenwinning, productie, transport en (systeem)installatie – 30 tot 55 gram CO₂ per kilowattuur. Dat is significant minder. Maar we hebben wereldwijd nog maar 1 terawattpiek aan zonnepanelen geplaatst. In 2050 moet dat een veelvoud zijn, meer dan 80 terawattpiek wellicht. Bij zo’n enorm volume zonnepanelen en op dezelfde weg doorgaan, zou dat met de producten van nu leiden tot het verbruik van een groot aandeel van het CO₂-budget dat is vastgelegd in het Klimaatakkoord van Parijs. Wanneer we aankomende innovaties en een toenemend gebruik van groene stroom voor productie meenemen, neemt de CO₂-voetafdruk van zonnecellen geleidelijk af tot 0 in 2050. Er is echter meer nodig.’

Circulaire zon-pv-keten
Technologische vernieuwing in zonnepanelen – bijvoorbeeld wat betreft levensduur, materiaalverbruik, opbrengst en schonere productie – is deels een evolutionair proces; het loopt ‘gewoon’ door en heeft een gunstig effect op de CO₂-footprint van producten. Daarnaast gloren revoluties met een grotere impact, zoals perovskietzonnecellen en -zonnepanelen die bijvoorbeeld minder energie verbruiken om te produceren dan siliciumzonnepanelen. Dat neemt niet weg dat de stap van hernieuwbaar naar echt duurzaam tevens de transitie naar een circulaire zon-pv-keten vereist, van grondstoffenwinning en fabricage tot en met gebruik en recycling. In de terugwinning van de materialen en de daarin geïnvesteerde energie – en zoveel mogelijk zonnepanelen een tweede leven geven en repareren – schuilt volgens Theelen en haar collega Ando Kuypers, programmamanager Solar bij TNO, de grootste winst.

Geen andere keuze
‘Materialen zoals zilver en indium zijn schaars en worden steeds schaarser’, aldus Kuypers. ‘De winning wordt daardoor alsmaar lastiger, duurder en milieuonvriendelijker. Er zit bovendien gewoonweg niet genoeg in de grond om naast alle andere producten die we willen maken, op lange termijn het aantal zonnepanelen te produceren dat nodig is voor een hernieuwbare-energiesysteem. We hebben dus ook los van verduurzamingsredenen geen andere keuze dan deze stoffen terug te winnen uit gebruikte zonnepanelen. Daarnaast willen we ook silicium en glas uit zonnepanelen opnieuw gebruiken. Onder andere om grote afvalbergen te voorkomen, maar vooral ook om de energie die erin is gaan zitten om dat te maken, en de kosten die daarmee gepaard gingen, niet verloren te laten gaan.’

Diverse uitdagingen
Wordt silicium en glas fijngemalen en verwerkt tot vulmiddel of glaswol en verpakkingsglas, dan is sprake van downcyclen. De glasindustrie zit momenteel niet te wachten op het glas uit zonnepanelen, onder andere vanwege het voor de kwaliteit belangrijke antimoon dat er in ongedefinieerde hoeveelheden in zit. Dit onderstreept dat de zonne-energieketen nog flinke stappen moet zetten om de kringloop op een hoogwaardige wijze te sluiten. Theelen geeft aan dat daarin 2 wegen moeten worden bewandeld. De zonnepanelen van de toekomst moeten worden ontworpen op recyclebaarheid. Daarbij is sprake van diverse uitdagingen. Zo worden zonnepanelen ‘verlijmd’ met encapsulanten om een lange levensduur te verkrijgen. Voor recycling is dat echter lastig, want dan moeten de verschillende lagen van een paneel weer gescheiden worden. Dit kan je oplossen door het gebruik van een encapsulant die je aan het einde van de levensduur weer gemakkelijk kan lostrekken. Dit is een voorbeeld van ‘ontwerpen voor recycling’. Ten tweede moet er een recyclingproces worden gecreëerd voor het verwerken van de zonnepanelen van nu.

Grote stapel
‘Wij pakken beide uitdagingen op bij TNO’, vertelt Kuypers. ‘Daarnaast is het natuurlijk ook wachten op voldoende volume. Pv-fabrikanten zijn nu al verplicht 85 procent van de massa van zonnepanelen te recyclen, in Nederland doen ze dat via Stichting Open. Echter, in 2020 zijn er slechts zo’n 27.000 zonnepanelen voor recycling aangeboden. Componenten zoals de aluminium frames en junction boxes worden gescheiden en gerecycled. De rest ligt op een grote stapel te wachten tot ze op een goede en betaalbare manier kunnen worden verwerkt. In Duitsland demonstreerden wetenschappers dit jaar dat je een zonnecel kunt verpulveren en je weer een nieuwe zonnecel kunt maken uit dat materiaal. Dat is mooi. En als iets veel geld en energie mag kosten, dan kan er heel veel. Maar een duurzaam zonnepaneel is dus pas echt duurzaam als het duurzaam gerecycled wordt. Daar zijn veelbelovende ideeën voor, maar we moeten nog flink aan de bak om dat waar te maken.’