يتقدم تحول الطاقة، وتلعب الخلايا الكهروضوئية (PV) دورًا رئيسيًا في هذا، ومن المقرر إضافة قدرات هائلة خلال العقود القليلة القادمة.
ويتوقع الخبراء عدة عشرات من التيراواط بحلول منتصف القرن، هذا يعني 10 إلى 25 وحدة شمسية لكل شخص، سوف يوفر الازدهار طاقة نظيفة وخضراء، لكن هذا النمو له جوانبه السلبية أيضاً.
ومن المتوقع أن يتم نفايات عدة ملايين من الأطنان من الوحدات القديمة بحلول عام 2050، وهذا مخصص للسوق الأوروبية فقط. وحتى لو تم تصميم الوحدات الكهروضوئية اليوم لتدوم لأطول فترة ممكنة، فسوف ينتهي بها الأمر في مكب النفايات في نهاية عمرها الافتراضي، ومعها بعض المواد القيمة.
يوضح الفيزيائي الدكتور ماريوس بيترز من معهد هيلمهولتز إيرلانجن-نورنبرج للطاقات المتجددة (HI ERN)، وهو فرع من Forschungszentrum، أن “إعادة التدوير الاقتصادي الدائري في الخلايا الكهروضوئية سيكون أمرًا بالغ الأهمية لتجنب تيارات النفايات على نطاق يعادل تقريبًا النفايات الإلكترونية العالمية اليوم”.
وحدات الطاقة الشمسية اليوم مناسبة لهذا فقط إلى حد محدود، والسبب في ذلك هو البنية المتكاملة- أي التي يصعب فصلها – للوحدات، وهو شرط أساسي لعمر الخدمة الطويل.
على الرغم من أن إعادة التدوير إلزامية في الاتحاد الأوروبي، إلا أنه من الصعب إعادة استخدام الوحدات الكهروضوئية بطريقة دائرية.
مدى أهمية إعادة تدوير
توضح الدراسة الحالية التي أجراها الدكتور إيان ماريوس بيترز، والدكتور ينس هوش، والبروفيسور كريستوف برابيك من HI ERN مدى أهمية إعادة تدوير هذه المواد للنمو السريع لصناعة الطاقة الكهروضوئية.
يقول بيترز: “رؤيتنا هي الابتعاد عن التصميم للأبدية نحو تصميم للدورة الأبدية، وهذا سيجعل الطاقة المتجددة أكثر استدامة من أي تكنولوجيا طاقة من قبل”.
ليس للأبدية بل لدورة أبدية
وبالتالي فإن السوق الأكثر ملاءمة لاستيعاب كمية المواد المعاد تدويرها سيكون إنتاج الوحدات الكهروضوئية نفسها، فقط في هذا القطاع يكون الطلب كبيرًا بدرجة كافية في بعض الحالات، يقول بيترز: “حتى بدون إعادة التدوير الدائري، فإن الطاقة الشمسية مستدامة”، “ومع ذلك، فإن إعادة التدوير الدائرية توفر الفرصة لتأسيس اقتصاد دائري حقيقي وتصبح رائدة في ثقافة الاستدامة هنا أيضًا.”
ولكن كيف يمكن أن تصبح عملية إعادة التدوير دائرية حقًا؟ تشير دراسة HI ERN إلى الطريق إلى مستقبل أكثر استدامة وقابلية للتطبيق اقتصاديًا لصناعة الطاقة الكهروضوئية: الخطوة الأولى هي تصميم وحدات الطاقة الشمسية للدورة الأبدية، يجب أن تكون المواد المستخدمة أسهل وأنظف للفصل.
ويجب أيضًا توثيق وتوصيف المواد المستخدمة بشكل أفضل. في نهاية المطاف، سيعتمد نجاح إعادة التدوير إلى حد كبير على مدى إمكانية تحقيق ذلك اقتصاديًا.
إدارة الموارد الدائرية للمواد المختلفة
لا يوجد نقص في المواد، تتوفر موارد كافية للتوسع الهائل في الخلايا الكهروضوئية، لكن الكميات المطلوبة هائلة، وبالتالي فإن الإدارة الجيدة للمواد مفيدة للتوسع السريع.
فالزجاج، على سبيل المثال، يمثل ما يصل إلى 75% من كتلة وحدة الطاقة الشمسية، يمكن استعادة الزجاج الشمسي باستخدام العمليات المعمول بها، ولكن بجودة رديئة فقط، لذلك فهو غير متاح لإنتاج وحدات جديدة.
هذه ليست مشكلة مع الكمية الصغيرة من الوحدات التي يتم إعادة تدويرها اليوم، ومع ذلك، من المرجح أن يتغير هذا من منتصف إلى أواخر عام 2030، عندما سيتم إنتاج ملايين الأطنان من الزجاج الشمسي المستخدم كل عام.
يوضح بيترز: “لا يوجد تطبيق يحتاج إلى هذه الكمية من الزجاج القديم، وإعادة التدوير الدائري هي الطريقة الوحيدة لمنع هذا الزجاج من أن ينتهي به الأمر كنفايات”، كما أن الاستخدام الدائري يعزز الوضع الاقتصادي لصناعة الطاقة الشمسية.
ومن الأمثلة الأخرى استخدام بوليمرات معينة تنافس صناعة الأحذية وغيرها، القدرات الإنتاجية الحالية هنا محدودة، ومن خلال إعادة التدوير الدائرية، يمكن توسيع القدرات بسرعة أكبر، ويمكن تجنب الاختناقات في الإنتاج، تتيح إعادة التدوير الدائرية أيضًا إمكانية استعادة المواد القيمة.
وشكلت صناعة الطاقة الشمسية بالفعل 12.7% من إنتاج الفضة السنوي في عام 2020، ويجب إدارة الوحدات المستقبلية بدون الفضة، ولكن حتى ذلك الحين، سيتم استخدام آلاف الأطنان من الفضة في الوحدات.
إن إعادة التدوير الدائرية تجعل من الممكن استعادة هذا الكنز وإتاحته. يتم استخدام الفضة بعدة طرق مختلفة؛ وتوافره محدود، وبالتالي فهو مورد ثمين.