Recycling en de milieu impact van zonnepanelen

Zonnepanelen zijn een zeer gunstige manier om energie op te wekken ten aanzien van de milieu impact. In vergelijking met fossiele brandstoffen stoten zonnepanelen tot wel 96% minder CO₂ uit over de totale levenscyclus. Echter kan het altijd beter. Dat kan hoofdzakelijk op drie manieren worden gedaan: Minder schadelijke stoffen gebruiken bij de productie van de zonnepanelen, de panelen zelf beter recyclebaar maken en vervolgens ook hoogwaardigere processen inrichten voor de groeiende stroom aan afgedankte zonnepanelen. In dit blog duiken we in op de verbeteringen van de zonnepanelen, de milieu impact en recycling van zonnepanelen.

Eerst de context in het grotere verhaal en wat goed is om te realiseren:

De energieterugverdientijd van zonnepanelen is in Nederland zo’n 1,5 jaar. Terwijl de moderne zonnepanelen zeker 30 jaar meegaan.
Over de totale lifecycle stoot ook zonne-energie CO₂ uit. De gegevens van IEA uit 2021 hebben het over 43 gram per kWh, ten opzichte van bijvoorbeeld 486 gram voor gas, 840 voor olie en 1001 gram voor kolen. Zonne-energie heeft dus 91 – 96% minder CO₂ uitstoot per opgewekte kWh dan fossiele brandstoffen. Voor zonne-energie verbetert dit cijfer continu, hoe duurzamer de productie van onze energiemix is.
Momenteel kan 96% van een zonnepaneel gerecycled worden. Daarnaast wordt er gewerkt aan volledig circulaire zonnepanelen.

In dit artikel gaan we in op:

Milieu impact van zonnepanelen
Mogelijkheden van beter design van zonnepanelen
Wettelijke eisen en verbeterde markt voor recyclen van zonnepanelen

1. Zonnepanelen worden steeds beter

Van de gemiddeld 43 gram CO₂-uitstoot per kWh komt 95% uit de productie van de materialen voor een zonne-energiesysteem. De overige 5% komt uit het transport en het recyclen van de zonnepanelen.

HollandSolar kwam recent met goed nieuws: ‘Materialen zonnepanelen ruim 30 procent minder schadelijk voor milieu dan gedacht.’ De milieu impact van zonnepanelen daalt continu. Dus nee. Zonnepanelen zijn niet het nieuwe asbest.

De daling van de milieu impact van zonnepanelen komt voort uit:

De wafers worden dunner, er is dus minder grondstof nodig voor dezelfde opbrengst.
Zonnepanelen hebben meerdere lagen. Hierdoor kan er een groter bereik van licht worden opgevangen en kan de opbrengst (efficiëntie) continu worden verhoogd.
De gebruikte grondstoffen zelf zijn minder schadelijk voor het milieu. Er wordt steeds minder lood gebruikt, PFAS gaat worden vervangen.
Zonnepanelen degraderen minder dan voorheen.
Zonnepanelen gaan langer mee
Steeds verder versterkend effect: De energiemix wordt duurzamer waardoor voor de productie van de grondstoffen van zonnepanelen en de productie van zonnepanelen steeds minder CO₂ wordt uitgestoten.

Goed om te weten dat niet elk zonnepaneel hetzelfde is, en ook niet dezelfde grondstoffen heeft. Deze vier samenstellingen zijn momenteel het meest gangbaar;

kristallijn silicium en zilver (c-Si)
cadmium telluride (CdTe),
koper-indium-gallium-diselenide (CIGS)
amorf silicium (a-Si)

Kristallijn silicium wordt verreweg het meest ingezet. Daar gaan we dan ook verder op in.

Grondstof verbruik zonnepanelen daalt

De bulk van deze panelen bestaat voornamelijk uit: Glas, silicium, aluminium, koper en zilver. Daarnaast zitten er nog specifieke materialen in voor de optimale werking van het paneel.

Zeer beperkte hoeveelheid toxische materialen

De milieu uitdagingen liggen bij het gebruik van voornamelijk zilver en lood. De omvang van de kritische ruwe materialen is zeer beperkt in de moderne zonnepanelen. De explosief groeiende vraag naar zonnepanelen hebben echter wel impact op de wereldwijde vraag naar deze grondstoffen. Zonnepanelen zijn al veel efficiënter geworden in grondstofverbruik:

Silicium: Er gaat per kWp (kilo Watt Piek, de eindheid vermogen van het zonnepaneel) steeds minder silicium in een zonnepaneel, dit komt voornamelijk door de steeds dunnere wafers. Dit is zeer gunstig, want het productieproces van silicium uit kwartszand is zeer energie-intensief.
Zilver: Zo komt 10% van de wereldwijde vraag naar zilver voort uit zonnepanelen. Door verbeteringen van de zonnepanelen is er al 80% minder zilver per kWp nodig. De verwachting is dat verdere reductie van 30% mogelijk is.
Lood: Al hoewel lood al sinds 2002 verboden is in de EU, hebben zonnepanelen nog steeds een uitzonderingspositie. Dit komt omdat lood ideaal is als soldeermateriaal, waardoor de levensduur van zonnepanelen verlengd wordt. Het lood per zonnepaneel is laag en zeer goed ‘afgesloten’ in het paneel zelf, dus nihil kans op lekkage. Het gaat om zo’n 12 gram per zonnepaneel. Dat is niks vergeleken met de hoeveelheid lood in batterijen van auto’s, maar toch iets waarnaar gekeken wordt om in de toekomst volledig uit te faseren.
PFAS: Een ander op te lossen item, hoewel ook van zeer geringe omvang: 80 tot 90% van de zonnepanelen bevatten nog PFAS. Dat materiaal wordt ingezet om het paneel water, stof- en vuilvrij te houden. Echter kijkt men tegenwoordig totaal anders naar deze chemische verbindingen die in zeer veel producten zoals regenjassen, pannen, pizzadozen en shampoos zitten verwerkt. De EU werkt aan een PFAS verbod zodat in de nabije toekomst dit ook geen issue meer is, het kan namelijk tegen kleine meerprijs ook zonder PFAS-backsheets.
‘Kritieke grondstoffen’: Ook al gaat het om zeer kleine hoeveelheden, er worden ook ‘kritieke grondstoffen’ gebruikt in zonnepanelen. ‘Kritieke grondstoffen’ komt van een lijst van grondstoffen dat is opgesteld door de EU met daarop grondstoffen die van groot belang zijn voor de Europese economie. In zonnepanelen zitten onder andere aluminium, silicon, indium, germanium en gallium die ook in deze lijst is opgenomen. De stoffen zijn schaars en sommige ook toxisch.

2. Circulaire zonnepanelen by design

In een ideale wereld maak je zonnepanelen volledig circulair. Zodat als de zonnepanelen niet meer goed werken op het einde van de levensduur, je met alle grondstoffen van het oude zonnepaneel én duurzame energie tot een nieuw zonnepaneel komt. Daar zijn we nog niet.

Zonnepanelen zijn momenteel wel recyclebaar, maar dat kan naar een hoger percentage gebracht worden, en naar meer hoogwaardige recycle oplossingen.

Conservatieve markt met lange garanties

Goed recyclebaar is nog niet de standaard namelijk, dat komt omdat het duurder is. Met de lage marges voor fabrikanten, de lange levensduur van zonnepanelen en de garanties die gegeven worden is de markt dan ook conservatief. Deze andere designs moeten zich eerst op de lange termijn bewijzen wil de adoptie worden verhoogd. Of het moet via wet- en regelgeving worden afgedwongen.

Levensduur vs recyclebaar

Er spelen twee krachten die impact op elkaar. Om de zonnepanelen zo lang mogelijke levensduur te geven moeten de zonnepanelen zo goed mogelijk weerbaar zijn tegen alle weersomstandigheden. Tegelijkertijd maakt dat recycling veelal een stuk lastiger, want alle lagen zijn minutieus op elkaar vastgeplakt en daardoor bijna niet uit elkaar te halen.

Design vereisten

Vanuit de verschillende kennisinstituten komen er echter oplossingen waardoor, met goed design, een afgedankt zonnepaneel wel relatief makkelijk ‘losgetrokken’ kan worden. Zo kunnen de materialen gesorteerd en gefilterd worden om opnieuw te gebruiken.

Deze kennis en het eisenpakket vanuit bijvoorbeeld gemeentes bij aanbestedingen wordt ook verzameld door onder andere de Nederlandse overheid via de Buyer group.

Verdere verbetering Zonnepanelen met meer focus op milieu-impact

Tegelijkertijd wordt er gekeken wat er met regelgeving afgedwongen kan worden voor betere oplossingen. Zonne-energie is hard goedkoper aan het worden is, waardoor er ook budgettaire ruimte ontstaat om dit soort eisen te stellen zonder dat daarmee zonne-energie zichzelf uit de markt concurreert met betrekking tot prijs.

De Europese Commissie werkt momenteel aan verplichte vereisten onder het EU-regelgevingskader voor ecologisch ontwerp. Ecodesign en ontwerp voor recycling kunnen de materiaalefficiëntie en de recycleerbaarheid van PV-modules drastisch verbeteren. Als de EU dat vereist en het kan technologisch, dan komt het er. De afzetmarkt is te groot voor wereldwijde producenten om de Europese markt links te laten liggen.

Mooi Nederlands voorbeeld is E nergya dat ook veel aandacht besteed aan de duurzaamheid van alle componenten in het zonnepaneel. Zoals ze zelf zeggen:

Bij Energyra besteden we aandacht aan elk aspect van het maken van een groen, duurzaam product. Wij checken zeer zorgvuldig dat al onze ingekochte onderdelen onder goede arbeidsomstandigheden gefabriceerd zijn. Het merendeel van onze materialen wordt ingekocht in Europa. In tegenstelling tot traditionele modules, hebben Energyra® zonnepanelen geen soldeerverbindingen (die lood bevatten) voor de cellen. Bovendien is onze backsheet fluor- en PFAS-vrij. De aansluitkabels zijn halogeenvrij en onze inkapselingsfolie is vrij van gebruikelijke thermoharders.

3. Recycling Zonnepanelen moet op gang komen

In 2050 zijn de materialen uit afgedankte zonnepanelen naar schatting 50 miljard dollar waard. Dat maakt dat er echt wel commerciële partijen gaan komen die dat willen ‘mijnen’. Dus niet de grondstoffen uit fysieke mijnen halen, maar uit afgedankte zonnepanelen. Zoals bijvoorbeeld een UmiCore nu al doet uit bijvoorbeeld batterijen en accu’s.

Juist door de lange levensduur van zonnepanelen is de omvang van de afgedankte zonnepanelen nu nog klein. Voor de toekomst is het nodig dat er zowel financieel als technologisch een solide systeem komt om de ‘end of life’-zonnepanelen te verwerken.

Om een op zichzelf staande recyclinginstallatie voor PV-modules te ontwikkelen, is een minimaal gevraagde afvalstroom van ongeveer 10.000 ton nodig om deze economisch rendabel te maken.

De huidige verwijderingsbijdrage (momenteel zo’n 13 cent per paneel) is laag in Nederland en moet drastisch worden aangepast als ook de volumes stijgen.

Stichting Open gaat over de recycling van zonnepanelen in Nederland. Dat gaat momenteel via laagwaardige toepassingen van recycling. In de volkskrant zeggen ze over de recycling van zonnepanelen: ‘het dient eerst als schuurmiddel in smeltovens voor metaal, daarna worden de slakken die overblijven in de wegenbouw gebruikt, als bodemverharder.’

Dat er veel meer ‘end-of-life’ zonnepanelen aan komen is duidelijk, hieronder een uitsplitsing van de verschillende stoffen in die afvalstroom. Waarbij er ook flink aantal ‘critical raw materials’ zitten die Europa erg graag in Europa zal willen houden.

In de Europese Unie moet 85% van het gewicht van een zonnepaneel recyclebaar zijn. Tegelijkertijd is 95% van een zonnepaneel goed recyclebaar, maar zit de uitdaging in de laatste paar procent met ook daarin de meest belangrijke materialen.

‘Het resterende moduleschroot, waaronder silicium, zilvercontacten, tin en soldeer (lood) dat zware metalen bevat, ondergaat meestal een thermische behandeling in verbrandingsinstallaties.’

Daar moet dus zoals eerder gezegd alle aandacht naar uit. In het ontwikkelen van het zonnepaneel en in het terugwinnen van deze materialen uit oude zonnepanelen. Zeker bij ‘critical raw materials’ (CRM) zal terugwinning een grote rol gaan spelen.

Er zit veel waarde in oude zonnepanelen en dat lost een groot deel van het probleem op. De strategie moet tweeledig zijn:

Regelgeving voor goed ecodesign zodat panelen goed uit elkaar te halen zijn.
Een werkend businessmodel om te ‘end-of-life’ zonnepanelen te verwerken.

Zonne-energie vele malen beter dan fossiel, het kan echter nog schoner.

Zonnepanelen worden steeds beter en de technologie blijft verder ontwikkelen waardoor ook de milieu impact nihil wordt. Er wordt gewerkt aan volledig circulaire zonnepanelen waarmee de energie van de zon perfect kan worden omgezet in elektriciteit.

Goed om te realiseren dat we wereldwijd pas op ongeveer 10% zitten van het uiteindelijk opgesteld vermogen aan zonne-energie in de wereld.

Als de volgende generaties zonnepanelen nog schoner zijn en goed te recyclen zijn, en uiteindelijk zelfs volledig circulair, dan hebben we een ideale energietechnologie in handen waar we de wereld onbeperkt van energie kunnen voorzien.