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Photovoltaik

Solarzellen werden grüner

Indium und Gallium sind gefragt - Rohstoffsicherung durch Recycling zahlt sich künftig aus.

Solarzellen werden grüner Solarzellen werden grüner
ENERGLOBE.DE, Denny Rosenthal

Mit hochwertig recycelten Solarmodulen lässt sich in Zukunft Geld verdienen: Denn die Nachfrage nach Silizium hält weiter an und aufbereitete Solarzellen sind billiger als neu produzierte. Zudem gibt es ein Verfahren, das künftig wichtige Metalle aus Dünnschicht-Anlagen zurückgewinnt.

Das Recycling von Dünnschicht-Modulen hat eine besondere Bedeutung. Sie enthalten seltene Metalle wie Indium und Gallium, die für Hightech-Produkte wie Smart-Phones und Flachbildschirme unerlässlich sind. Bis vor kurzem gab es noch kein Recycling-Verfahren für diese Stoffe – „nur ein Prozent wird bislang wieder aufbereitet“, sagt Professor Martin Bertau, Direktor des Instituts für Technische Chemie an der TU Bergakademie Freiberg.

Die Firma Loser-Chemie aus Hainichen in Sachsen will das ändern: Bereits Ende 2008 hat sie ihr Recycling-Verfahren patentieren lassen. In einem Pilotprojekt konnten Dünnschicht-Solarmodule, die nicht auf Siliziumbasis hergestellt sind, recycelt werden. Eine Lösungsflüssigkeit zerlegt die Beschichtung in ihre Bestandteile und die Metalle werden später aus der Flüssigkeit gefiltert. So werden aus einem Kilo getrocknetem Feststoff immerhin 374 Gramm Indium gewonnen, erklärt Wolfram Palitzsch, chemisch-technischer Leiter der Firma. Durch das Loser-Verfahren werde eine rückstandsfreie Verwertung erreicht, meint Bertau. „Der Ansatz von Loser-Chemie ist der bis dato überzeugendste für den Dünnschichtsektor.“

Indium und Gallium im Kreislauf nutzen

Neben dem Loser-Verfahren gibt es weltweit bisher erst zwei weitere Systeme für Recycling: Das Bonner Unternehmen Solarworld betreibt durch seine Tochter Sunicon eine Anlage für Siliziumaufbereitung im sächsischen Freiberg und der US-Konkurrent First Solar bereitet Dünnschichtmodule aus Cadmiumtellurid in Frankfurt an der Oder und in den USA auf. „Vor einem Jahr fand Loser-Chemie in Deutschland mit ihrem Vorhaben noch kein Gehör“, sagt Palitzsch. Gerade in einem rohstoffarmen Land wie Deutschland sollten die seltenen Metalle im Kreislauf genutzt werden, um nicht auf Importe aus China angewiesen zu sein, so Loser-Chemiker Palitzsch. Beim Innovationsforum letzte Woche in Freiberg, das die Firma Loser mit initiierte, stieß das Thema dagegen auf große Resonanz. Die 152 Vertreter von Unternehmen, Forschungsinstituten und Universitäten kamen aus Österreich, Bulgarien sowie aus den USA und Kanada.

Der Ausbau der Photovoltaik (PV) entwickelt sich derzeit sehr dynamisch. Allein im Jahr 2010 wurden in Deutschland, dem weltweit größten Markt für Solarmodule, 7.000 Megawatt in Betrieb genommen; insgesamt sind derzeit Anlagen mit einer Leistung von rund 17.000 Megawatt installiert. Der Bedarf an Rohstoffen steigt demnach und macht die Wiederverwertung um so wichtiger.

Recycling wird immer wichtiger

Der riesige Berg aus Glassplittern, Metall- und Kunststoffresten wächst schnell. Die Abfallmenge aus PV-Modulen lag in der EU Ende 2008 bei 3.800 Tonnen – bis 2030 wird er voraussichtlich auf 130.000 Tonnen anwachsen. Eine Photovoltaik-Anlage erreicht laut Experten eine Lebensdauer von 30 bis 40 Jahren, deshalb war Recycling bislang kein ernstes Thema für die Solarindustrie. Da die ersten großen PV-Anlagen nach der Deutschen Wiedervereinigung installiert wurden, steigt die Anzahl ausgesonderter Module ab 2020 deutlich an.

Die Branche selbst gründete 2007 ein freiwilliges Rücknahmeprogramm auf europäischer Ebene unter dem Namen PV-Cycle, um die Kreislaufwirtschaft bei der Photovoltaik eigenverantwortlich zu garantieren. Heute hat der Verein über 100 Mitgliedsunternehmen. Ihr vereinbartes Ziel ist es, mindestens 65 Prozent aller Altmodule zu sammeln und daraus 85 Prozent verwertbare Stoffe zurückzugewinnen.

Recycling-Raten über 95 Prozent

Dünnschicht-Module mit seltenen Metallen sind allerdings auf deutschen Dächern noch die Ausnahme. Vier von fünf Modulen sind dabei blaue Wafer aus Silizium. Vor knapp zehn Jahren begannen Forscher von Solarworld und der TU Bergakademie Freiberg ein Verfahren für das Recycling von Solarmodulen aus dem Labor auf eine Pilotanlage zu übertragen. Die Wiederaufbereitung verbessert die Ökobilanz der Silizium-Wafer heute entscheidend. „Durch automatisierte Prozesse lassen sich Recycling-Raten von über 95 Prozent erreichen und Rohstoffe kostenneutral oder sogar gewinnbringend zurückgewinnen“, sagt Karsten Wambach, Geschäftsführer bei Sunicon und Präsident von PV-Cycle. Wafer, die aus recyceltem Material hergestellt werden, seien zudem deutlich günstiger als neue, so Wambach. Eine geplante, automatisierte Anlage könnte jährlich 20.000 Tonnen wirtschaftlich verarbeiten.

Die ökologische Effizienz von Recycling-Verfahren unterscheidet sich jedoch stark. Bei einer Müllverbrennung oder durch Schreddern wird nur wenig Aluminium, Kupfer und Glas zurückgewonnen. Zudem sind die Endprodukte minderwertig. Die Anlage von Sunicon in Freiberg ist um einiges aufwendiger: Der Kunststoff wird thermisch entfernt, Glas und Rahmenteile sortiert. In einem zweiten Arbeitsschritt löst man dann die Struktur der Zellen durch eine Säure vom Glas. Es hat sich dabei als wirtschaftlicher erwiesen, Silizium aus zerbrochenen Solarzellen zurück zu gewinnen.

Upcycling bringt Geld

Entscheidend ist außerdem eine hohe Qualität bei den recycelten Produkten. Nur mit sogenanntem „upcycling“ lässt sich Geld verdienen. Bei Silizium-Modulen sei die Wiedergewinnung von PV-fähigem Silicium jedoch eine besondere Herausforderung, so Bertau. „Denn das Silicium darf durch den Recyclingprozeß nicht verunreinigt werden.“

Die Verfahrensentwicklungen bei SolarWorld zeigen bereits gute Resultate. Die Ergebnisse sind umso effektiver, je spezifischer die Bearbeitungsverfahren auf die Zell- und Modultechnologie abgestimmt werden. Chemie-Professor Bertau: „Es gibt aber noch Optimierungsbedarf, gerade in Hinblick auf eine technische Anwendung im Großmaßstab.“

Weitere Informationen:

Film über das Loser-Verfahren auf ARTE: www.arte.de

"Recycling von Photovoltaik-Modulen", Beschreibung vom Infodienst BINE: www.bine.de

»DIE KRISE DER IDEE VON EINER WELTORDNUNG

(IST) DAS ULTIMATIVE INTERNATIONALE

PROBLEM VON HEUTE«

Henry Kissinger,„World Order”, August 2014