세계가 재생 에너지로의 전환을 가속화함에 따라 태양광 발전은 글로벌 탈탄소화 노력의 초석으로 부상했습니다. 그러나 태양광(PV) 패널의 급속한 확산으로 인해 25-~-30년 수명이 끝난 패널을 어떻게 처리해야 하는지에 대한 시급하면서도 종종 간과되는 과제가 발생합니다. 2030년까지 매년 약 800만 톤의 태양광 폐기물이 축적될 것으로 예상됨에 따라 업계는 효율적이고 친환경적인 재활용 기술을 개발해야 한다는 압박에 직면해 있습니다. 가장 유망한 솔루션 중에는 폐기된 태양광 모듈에서 귀중한 재료를 회수하는 방법을 재정의할 수 있는 화학적 재활용 방법인 산화 액화라는 새로운 공정이 있습니다.
태양광 폐기물의 증가하는 과제
전통적인 태양광 패널을 재활용하려면 많은 양의 열적, 물리적 에너지가 필요합니다. 전통적인 태양광 패널의 재활용 가능한 구성 요소는 유리와 금속이며, 둘 다 재활용 경로를 확립했습니다. 하지만 태양광 패널을 재활용할 때 가장 어려운 부분은 봉지재로 사용되는 EVA(Ethylene{2}}Vinyl Acetate)입니다. 오늘날 대부분의 재활용 시설에서는 기존 방식으로 제작된 태양광 패널을 파쇄하거나 매우 높은 온도에서 소각하여 열처리합니다. 이 공정은 태양 전지의 봉지재를 태워 없애지만 상당한 양의 독성 가스를 대기로 방출하고, 많은 양의 에너지를 필요로 하며, 일반적으로 낮은-품질의 제품으로 다운사이클되는 낮은-순도 회수 재료를 생성합니다.
산화 액화의 작동 원리
우리는 폐기물을 보는 방식에 극적인 변화를 가져올 것입니다. 산화 액화는 바이오매스와 플라스틱 처리를 위해 개발된 대체 방법입니다. 독일 프라운호퍼 연구소(Fraunhofer Institute)와 미국 국립 재생 에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)의 연구원들은 다른 연구 분야의 연구 결과를 활용하여 태양광(PV) 모듈을 폐기하는 새로운 방법을 고안했습니다. 이는 기존 PV 모듈을 파쇄하거나 파쇄하지 않은 다음 여러 가지 액체(물, 유기 용매, 과산화수소와 같은 산화제)로 구성된 제어된 화학 환경에 모듈을 배치하고 산화 반응기에서 적당한 열과 적당한 압력에 노출시킴으로써 수행됩니다. PV 모듈의 가교 폴리머 EVA 캡슐화는 산화 반응기에서 발생하는 산화 반응 중에 산화적으로 분해되므로 긴 탄소- 사슬 탄화수소는 이 반응 중에 산소에 의해 산화되어 용해성 조각난 탄화수소로 변환됩니다.
EVA 라텍스를 액체(또는 경우에 따라 왁스) 제품으로 변환하는 데는 30~60분 정도 소요되며 화학적으로 변경하지 않고 캡슐화된 재료에서 다른 모든 구성 요소(유리, 실리콘 셀 및 금속)가 제거됩니다. 이러한 방식으로 재료가 처리되면 냉각 및 필터링 과정을 통해 (1) 유리가 전체 깨끗한 시트로 회수되고 (2) 실리콘 셀이 균열 없이 박리되어 청결을 유지하게 됩니다. 또한, 실리콘 셀의 솔더 조인트에서 발생하는 금속(은 및 구리)은 분리되어 밀도 분리 또는 정전기 분리 방법을 사용하여 쉽게 분리할 수 있는 하나의 고체 잔류물로 침전됩니다.
환경적, 경제적 이점
열분해(500~600도) 또는 기계적 파쇄와 비교하여 산화성 액화는 더 낮은 온도에서 작동하여 에너지 소비를 약 40~60% 줄입니다. 할로겐화 백시트를 연소할 때 발생하는 일반적인 부산물인 불화수소 또는 다이옥신-과 같은 독성 오프{5}}가스를 생성하지 않습니다. 또한 이 공정에서는 재사용 가능한 화학 부산물이 생성됩니다. 액화된 유기 부분은 기본 화학 물질이나 연료 첨가제로 정제될 수 있어 재활용업체에 수익원을 추가할 수 있습니다.
초기 파일럿 연구에서는 인상적인 복구율을 보여줍니다. 유럽 컨소시엄이 실시한 2023년 시험에서 산화성 액화는 다음과 같은 성과를 거두었습니다.
90~95% 순수 유리 회수율 (with >85% 손상되지 않은 시트)
실리콘 회수율 96%(금속 오염은 무시할 수 있음)
98% 은 회수셀 핑거와 모선에서.
이러한 수치는 일반적으로 유리를 60~70%만 회수하고 은을 대부분 손실하는 기존의 기계적 재활용과 뚜렷한 대조를 이룹니다.<20% recovery) due to comminution.
과제와 상업적 생존 가능성
이러한 가능성에도 불구하고 산화성 액화는 아직 기가와트-규모로 배포할 준비가 되어 있지 않습니다. 두 가지 주요 장애물이 남아 있습니다: 반응기 비용과 반응 시간. 그러나 최근 연속-흐름 반응기 설계와 공기(순수한 산소가 아닌)와 같은 저가의-산화제의 발전으로 격차가 줄어들고 있습니다. 덴마크 공과대학-의 2024년 수명주기 평가에 따르면 연간 10,000톤 규모로 구현될 경우 산화성 액화는 특히 회수된 은 수익을 고려할 때 EU 국가에서 매립 비용과 비용 경쟁력이 있을 수 있는 것으로 나타났습니다.{10}}
앞으로 나아갈 길
태양광 발전 산업은 산화성 액화의 중요성을 인식하기 시작했습니다. SEIA는 2024년 5월부터 국가 PV 재활용 로드맵에서 산화성 액화를 "중요한 신흥 기술"로 공식 분류했습니다. 독일의 SolCycle과 캐나다의 PV Renew를 포함한 수많은 스타트업이 2025년 말까지 파일럿 프로젝트를 수립할 계획입니다. 이 프로젝트는 가동 중인 첫 번째 단계에서 연간 5,000톤의 수명이 다한 태양광 패널을 처리할 것입니다.
태양광 설치가 지속적으로 빠르게 증가함에 따라(2030년까지 전 세계 용량이 6테라와트를 초과할 것으로 예상됨) 확장 가능하고 깨끗하며 환경 친화적인 재활용 기회는 계속해서 사라질 것입니다.{2}} 산화 액화는 태양광 산업에 의미 있는 기술 솔루션을 제공하고 부정적인 환경 영향 없이 진정한 순환형 태양광 경제(오늘의 패널이 내일의 원자재가 됨)를 창출하기 위한 청사진을 구축합니다. 남은 유일한 장애물은 투자와 적절한 조정 분야입니다. 그러나 수명이 다한 제품과 관련하여 매우 낭비적인 산업으로 간주된--이 새로운 화학 개발은 마침내 태양광 산업의 수명 주기와 청정 에너지에 대한 약속을 일치시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
