Odpady z modułów solarnych: problem utylizacji

W ostatnich latach wzrosło zaniepokojenie tym, co dzieje się z panelami słonecznymi po zakończeniu ich okresu eksploatacji.

Niepokojące są na przykład następujące stwierdzenia:

• Problem paneli słonecznych wybuchnie z pełną siłą za dwa lub trzy dekady i po raz kolejny znacząco zanieczyści środowisko po fazie produkcji tych paneli, ponieważ mamy do czynienia z ogromną ilością odpadów, które nie są łatwe do recyklingu.
• Ogniwa słoneczne wytwarzają na jednostkę energii 300 razy więcej toksycznych odpadów niż elektrownie jądrowe. Jeśli elektrownie słoneczne i jądrowe wyprodukują w ciągu następnych 25 lat taką samą ilość energii elektrycznej, a odpady ułożymy w stos na boisku piłkarskim, odpady jądrowe osiągnęłyby wysokość Krzywej Wieży w Pizie (53 metry), natomiast odpady słoneczne osiągnęłyby wysokość kilku Mount Everestów (8'848 metrów).
• Wbrew wcześniejszym założeniom toksyczne substancje, takie jak ołów czy rakotwórczy kadm, mogą zostać w ciągu kilku miesięcy prawie całkowicie wymyte przez deszczówkę z uszkodzonych fragmentów paneli słonecznych. Ponadto stwierdzono, że nawet deszczówka wymywa kadm z nienaruszonego, sprawnego panelu słonecznego.
• W krajach takich jak Chiny, Indie czy Ghana ludzie mieszkający w pobliżu wysypisk elektronicznego złomu często spalają odpady, aby odzyskać wartościowe druty miedziane do dalszej odsprzedaży. Ponieważ proces ten wymaga spalania plastiku, powstający dym zawiera toksyczne wyziewy, które po wdychaniu są rakotwórcze i teratogenne (powodujące wady wrodzone).
• Największym problemem związanym z odpadami z paneli słonecznych jest prawdopodobnie ich ogromna ilość. Ponieważ światło słoneczne jest rozproszone i o niskiej gęstości, potrzebne są duże kolektory, aby wychwycić promienie słoneczne i przekształcić je w energię elektryczną. Te wielkie powierzchnie wymagają wielokrotnie więcej materiałów (szkła, metali ciężkich i metali ziem rzadkich) niż inne źródła energii.
• Aby przekonać firmy zajmujące się utylizacją odpadów do recyklingu większej liczby instalacji solarnych, potrzebne są ponownie ogromne ilości subwencji.

Wielu konsumentów nie jest świadomych toksyczności materiałów zawartych w niektórych panelach oraz sposobów ich utylizacji.

Wydobycie miedzi: największe ilości toksycznych odpadów

Na jeden panel solarny przypada dobry kilogram miedzi – oraz około 200 kilogramów szlamów pogórniczych. Szlamy te, zwane odpadami poflotacyjnymi (tailings), składają się z drobno zmielonej rudy rozpuszczonej w silnych kwasach, zasadach lub innych rozpuszczalnikach. Ta breja zawiera dużo arsenu, kadmu, rtęci, ołowiu i innych metali ciężkich. Te szlamy pogórnicze przechowywane są nawet w krajach uprzemysłowionych zazwyczaj w ogromnych, odkrytych zbiornikach osadowych, a częściowo bezpośrednio „usuwane” do rzek – w większości w odległych krajach.

Według danych Międzynarodowej Agencji Energii (IEA) samochód elektryczny zawiera około 53 kilogramów miedzi – ponad dwa razy więcej niż pojazd spalinowy. W instalacji solarnej o moc 1 megawata wbudowano 2,8 tony miedzi. A dla przeciętnej lądowej turbiny wiatrowej o zakładanej moc 3 megawatów potrzeba około 8,7 tony miedzi.

Na całym świecie fotowoltaika powoduje powstanie około 100 milionów ton odpadów poflotacyjnych z miedzi – rocznie. Ponieważ nie są radioaktywne, czyli nie rozpadają się, pozostają toksyczne bez zmian do końca czasów.

Przykładem jest Cerro de Pasco w Peru, gdzie znajdujące się w pobliżu źródła wody 3’200-krotnie więcej kadmu, 6’000 razy więcej żelaza, 200 razy więcej manganu i 197 razy więcej cynku niż wynoszą krajowe wartości graniczne. W wodzie znajdują się również ołów, arsen i rtęć. Te substancje szkodliwe powodują nowotwory, uszkodzenia nerek, niepłodność i choroby neurologiczne. Ołów uszkodził rozwój mózgu, zdolności społeczne oraz umiejętności językowe i motoryczne dzieci. Działalność wydobywcza zanieczyszcza ich źródła wody i obciąża jakość ich życia.

W przypadku ogromnej większości z 45 kopalni miedzi, które łącznie odpowiadają za około połowę globalnej produkcji, badanie niemieckiego Federalnego Urzędu Ochrony Środowiska wykazało „wysoki potencjał zagrożenia”. Szczególnie w obszarach „warunków dla kwaśnych wód kopalnianych”, „powstawania metali ciężkich”, „stosowania substancji pomocniczych” (toksycznych rozpuszczalników) oraz „odpadów górniczych”.

Jak druzgocące skutki może mieć wydobycie miedzi, pokazuje również przykład kopalni Antapaccay w Peru. Należy ona do szwajcarskiego giganta surowcowego Glencore. Najnowsze raporty peruwiańskich władz ujawniły przerażającą skalę zanieczyszczenia: w glebie, w roślinach i zwierzętach, w powietrzu i w wodzie stwierdzono podwyższone stężenia metali ciężkich i substancji szkodliwych. Wielu ludzi mieszkających w tym regionie zgłasza częste przypadki poważnych chorób, takich jak rak, uszkodzenia płuc czy niedokrwistość.

Do tego dochodzi ogromne zużycie energii związane z wydobyciem surowców i produkcją instalacji fotowoltaicznych, a także wielokrotne transporty w łańcuchach dostaw surowców i półproduktów przez kilka kontynentów.

Wydobycie miedzi generuje największe ilości toksycznych odpadów na tej planecie – jak słusznie zauważa NZZ. Technologie transformacji energetycznej są wszystkim, tylko nie „zielone”.

Recykling: drogi i ledwo opłacalny

Producenci obniżają koszty produkcji modułów słonecznych, zmniejszając zawartość srebra w swoich modułach. Chociaż srebro stanowi jedynie niewielki ułamek masy modułu słonecznego, odpowiada ono za około 47 procent jego wartości, co zmniejsza dla firm zajmujących się recyklingiem opłacalność przetwarzania takiego modułu. Srebro jest znacznie cenniejsze niż inne komponenty nadające się do odzysku, takie jak aluminium, miedź, krzem i szkło. Producenci mogą zmniejszać zawartość srebra, zastępując je przy pomocy technologii druku atramentowego i sitodruku kombinacją miedzi, niklu i aluminium. Ponadto stawiają na bardziej inteligentne techniki produkcji, dzięki którym precyzyjniej określa się minimalną wymaganą ilość srebra. Spadek zawartości srebra utrudnia recykling z perspektywy wartości, ponieważ z modułów można odzyskać mniej srebra.

Ogniwa słoneczne, których żywotność wynosi od 20 do 30 lat, z czasem tracą na wydajności. Międzynarodowa Agencja Energii Odnawialnej szacowała już, że pod koniec 2016 roku na całym świecie powstało około 250’000 ton odpadów z modułów słonecznych, a liczba ta z pewnością jeszcze znacznie wzrośnie. Moduły słoneczne mogą zawierać między innymi ołów lub kadm oraz inne toksyczne substancje chemiczne, których nie można usunąć bez rozłożenia całego modułu.

Globalny kryzys utylizacji: od Europy po Azję

W Europie producenci modułów solarnych są zobowiązani do zbierania i utylizacji odpadów solarnych po zakończeniu ich okresu użytkowania. Jednak większość modułów jest produkowana i importowana z Chin. Chińskie moduły solarne mają katastrofalny bilans środowiskowy.

W Szwajcarii na instalacje solarne pobierana jest zaliczkowa opłata recyklingowa, a odpady niebezpieczne są następnie poddawane recyklingowi we Francji lub w Niemczech. Według Niemieckiej Pomocy Środowiskowej (Deutsche Umwelthilfe) do 2030 roku same Niemcy będą miały około miliona ton odpadów solarnych. Mimo tego prawa wskaźnik recyklingu modułów fotowoltaicznych w UE nie jest lepszy niż w USA – wynosi około 10%.

Aluminium z ram i miedź z kabli są poddawane recyklingowi w Niemczech. Szkło jest mieszane z innymi składnikami, ale przetwarzane jedynie na wełnę szklaną, której później nie da się ponownie poddać recyklingowi. Dzieje się tak, ponieważ szkło z paneli ma stosunkowo niską jakość. Nie może być wykorzystywane w zastosowaniach wymagających wysokiej jakości szkła, jak na przykład przy produkcji nowych modułów solarnych.

Według rządu brytyjskiego również w Wielkiej Brytanii znajdują się dziesiątki milionów modułów solarnych. Brakuje jednak specjalnej infrastruktury do ich złomowania i recyklingu.

Australia jest jednym z krajów o najwyższym na świecie wykorzystaniu energii słonecznej z dachów domów. Obecnie niemal wszystkie uszkodzone lub przestarzałe moduły solarne trafiają na wysypiska śmieci.

W listopadzie 2016 roku japońskie Ministerstwo Środowiska wydało ostrzeżenie, że ilość odpadów z paneli solarnych powstających rocznie w Japonii prawdopodobnie wzrośnie do 2040 roku z 10 000 do 800 000 ton, a kraj ten nie ma planu na ich bezpieczną utylizację. Według opublikowanego raportu, firmie Toshiba Environmental Solutions zajęłoby 19 lat poddanie recyklingowi wszystkich odpadów solarnych, jakie Japonia wyprodukowała do 2020 roku. Do 2034 roku roczna ilość odpadów będzie 70 do 80 razy wyższa niż w 2020 roku.

Chiny mają więcej elektrowni solarnych niż jakikolwiek inny kraj, eksploatują mniej więcej dwa razy więcej paneli solarnych niż Stany Zjednoczone i również nie mają kompleksowego ani zrównoważonego planu utylizacji starych paneli. Chińscy i japońscy eksperci są zgodni: jeśli zakład recyklingowy wykonuje każdy krok dokładnie zgodnie z przepisami, jego produkty mogą ostatecznie być droższe niż nowe surowce.

Nie tylko w większości stanów USA panele słoneczne są klasyfikowane jako towar niebezpieczny. Większość paneli opiera się na krzemie krystalicznym; głównie starsze panele mogą zawierać ołów. Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne zawierają kadm i selen.

Utylizacja modułów słonecznych na zwykłych wysypiskach śmieci nie jest zalecana, ponieważ moduły mogą się rozbić, a toksyczne substancje mogą przedostać się do gleby, co może prowadzić między innymi do problemów z wodą pitną. Moduły słoneczne można poddać recyklingowi, jednak koszty recyklingu są zazwyczaj wyższe niż wartość ekonomiczna odzyskanego materiału. Używane moduły słoneczne są również sprzedawane do krajów rozwijających się, które chcą je nabyć po niskiej cenie, mimo ich mniejszej zdolności do produkcji energii.

Recykling paneli słonecznych ledwo się opłaca lub wcale, mówi AJ Orben, wiceprezes firmy «We Recycle Solar» z siedzibą w Arizonie. Z każdego panelu można odzyskać surowce o wartości około dwóch do czterech dolarów, przy czym najwięcej kosztuje robocizna. Amerykańskie National Renewable Energy Lab szacuje, według «LA Times», że recykling panelu kosztuje od 20 do 30 dolarów, a przewiezienie go na wysypisko od jednego do dwóch dolarów.

Istnieją firmy, które podają się za «recyklerów modułów słonecznych», ale zamiast tego sprzedają moduły na rynkach wtórnych w krajach o słabiej rozwiniętych systemach gospodarki odpadami, takich jak Ghana, Nigeria, Wietnam, Bangladesz, Pakistan i Indie, będących głównymi miejscami przeznaczenia dla elektrośmieci.

Trójfluorek azotu i zanieczyszczenie gleby

Kolejny problem: Według danych, produkcja modułów słonecznych znacząco zwiększa emisje trójfluorku azotu (NF3), który jako gaz cieplarniany działa 19 700 razy silniej niż dwutlenek węgla w okresie 100 lat. Jeden kilogram trójfluorku azotu ociepla zatem klimat 19 700 razy silniej niż jeden kilogram dwutlenku węgla. Emisje NF3 wzrosły tysiąckrotnie w ciągu ostatnich 25 lat. Dla porównania, emisje dwutlenku węgla w USA w tym samym okresie wzrosły o około 5%.

Podczas gdy elektrownie jądrowe mogą działać bez problemu przez 50 czy 60 lat, panele słoneczne mają krótszą żywotność (20 do 30 lat), więc ich utylizacja stanie się w nadchodzących dziesięcioleciach ogromnym problemem. O ile odpady jądrowe są przechowywane w ciężkich pojemnikach i regularnie monitorowane, o tyle w kwestii utylizacji odpadów z paneli słonecznych zrobiono jak dotąd bardzo niewiele. Poza Europą odpady z paneli słonecznych trafiają najczęściej do wielkiego strumienia złomu elektronicznego.

Niebezpieczne materiały i substancje chemiczne, które powstają już na etapie budowy instalacji, takie jak ołów, arsen, rtęć czy kadm, nie nadają się do recyklingu i trwale szkodzą środowisku.

Ponieważ panele słoneczne są obiektami sztucznymi, mają wpływ na naturalny obieg przyrody. Miliardy paneli słonecznych rozgrzewają się niewiarygodnie mocno, osiągając bez trudu 80 stopni; ciepło, które w tak dużej skali oddawane jest do otoczenia, jest ogromne. Jeśli weźmiemy pod uwagę planowane gigantyczne instalacje w wysokich górach, czyli w pobliżu lodowców, wszystkie one przyczynią się do zniknięcia także ostatnich rezerw lodu.

Ciemne powierzchnie paneli słonecznych pochłaniają większość docierającego do nich światła i ciepła. Jednak tylko około 15% tej energii jest przekształcane w elektryczność. Reszta oddawana jest do otoczenia w postaci ciepła. Niektóre panele słoneczne mogą przypalać owady oraz pióra przelatujących obok ptaków.

Gdy na danym polu zostaną zainstalowane ogniwa słoneczne, prawdopodobieństwo, że powstanie tam ponownie użytkowana rola, jest niewielkie, ponieważ może być ona silnie skażona przez infrastrukturę i panele. Infrastruktura wbudowywana w ziemię, aby utrzymać panele, beton oraz ocynkowany metal, na którym te urządzenia się opierają, powodują przenikanie cynku do gleby. Ocynkowany metal znajdujący się pod powierzchnią może prowadzić do wysokich stężeń cynku w próbkach gleby. Cynk może być niezbędnym mikroelementem, ale gdy przenika go do gleby zbyt dużo, nie ma sposobu, by go z niej usunąć.

Podsumowanie: nie tak ekologiczne, jak się wydaje

Fotowoltaiczna energia słoneczna nie jest tak przyjazna środowisku i zrównoważona, jak wielu ludzi sądzi. Nie mówiąc już o tym, że jest to źródło energii przerywane i droższe niż konwencjonalne technologie, istnieją poważne problemy z utylizacją odpadów, którymi zajmuje się niewiele krajów. Dziewięć z dziesięciu paneli jest wyrzucanych bez odpowiedniej utylizacji, szacuje Międzynarodowa Agencja Energii Odnawialnej (Irena).

Produkcja panteli słonecznych zużywa również najwięcej materiałów i zasobów, takich jak cement, szkło, plastik, paliwo, stal, aluminium, miedź, chemikalia i inne. Więcej niż energia wodna, elektrownie wiatrowe, geotermia czy elektrownie jądrowe (w tej kolejności).

Co jest bardziej przyjazne dla środowiska i klimatu: energia słoneczna czy energia jądrowa? Oczywiście słońce, powie większość osób. To jest błędne przekonanie – przynajmniej jeśli weźmiemy pod uwagę również emisję CO₂. Tutaj elektrownie jądrowe wypadają lepiej.

Panele słoneczne wraz z ich toksycznymi elementami, takimi jak inwertery, magazyny energii itp., przy obecnym poziomie technologii nie sprawdzają się nie tylko ekonomicznie, ale i ekologicznie. Energia słoneczna jest niczym więcej jak kolejną formą spekulacji, która pochłania ogromne ilości ziemi.

Instalacje solarne o rozmiarze potrzebnym do zasilania sieci elektrycznych są ogromne i przekształcają idylliczne krajobrazy w przemysłowe tereny z metalu i szkła, otoczone ogrodzeniami zabezpieczającymi. Te rozległe instalacje mogą zmienić wszystko – od nasłonecznienia do temperatury powierzchni – co może mieć ogromne i nieprzewidziane skutki dla roślin, zwierząt i ludzi oraz znacząco zmienić dany region.

Tereny instalacji fotowoltaicznych są ogrodzane z powodów ubezpieczeniowych (ochrona przed wandalizmem/kradzieżą lub w celu utrzymania zwierząt gospodarskich). W ten sposób na otwartym terenie powstają nowe bariery, które ograniczają również siedliska dzikich zwierząt.

Lasy i skraje lasów są niezbędnymi siedliskami dla dzikich zwierząt w naszym już intensywnie użytkowanym krajobrazie kulturowym. Ze względu na ochronę gatunków i przyrody, aby nie utrudniać migracji ani wymiany genetycznej między osobnikami, powinny być bezwarunkowo wolne od instalacji solarnych – wymaga IG Wild beim Wild.

Francuski rząd planuje budowę łącznie 14 nowych elektrowni atomowych nowej generacji do 2050 roku. Niektóre w pobliżu granicy ze Szwajcarią. W Finlandii znajduje się najmocniejszy reaktor EPR w Europie. Może to być również zrównoważona wersja transformacji energetycznej – większa moc przy większym bezpieczeństwie i mniejszym niszczeniu krajobrazu. Dla Zielonych w Finlandii najważniejsze jest "zatrzymanie kryzysu klimatycznego", a w tym "nie możemy całkowicie zrezygnować z energii jądrowej". Energia jądrowa dostarcza prąd w sposób stały, zwłaszcza zimą. Jeśli na przykład do 2050 roku powstałyby dwa nowe reaktory EPR wielkości elektrowni Leibstadt w Szwajcarii, kraj mógłby w dużej mierze pokryć swoje potrzeby energetyczne samodzielnie. Alibi-elektrownie, które niszczą unikalny krajobraz przyrodniczy i jeszcze bardziej torpedują ochronę gatunków, byłyby zbędne.

Dla Szwajcarii wystarczą dwie nowe duże elektrownie jądrowe. Badaczka nuklearna Annalisa Manera o budowie elektrowni jądrowych, mikroreaktorach i o tym, co należałoby zmienić w Szwajcarii.

Szwajcarska firma opracowuje elektrownię atomową, która działa bez uranu – i niszczy odpady ze starych reaktorów. Maurice Bourquin, były rektor Uniwersytetu Genewskiego i były prezydent Rady CERN, żąda: Rada Federalna musi zbadać ten projekt, mimo zakazu budowy elektrowni jądrowych.

Według ekspertów instalacje fotowoltaiczne zamontowane na budynkach i dachach mogłyby wytwarzać rocznie około 67 terawatogodzin prądu. Przekroczyłoby to obecne roczne zużycie prądu w Szwajcarii, wynoszące niecałe 60 terawatogodzin.