Ces scientifiques veulent résoudre la crise des déchets électroniques solaires

Un nouveau projet de recherche financé par le ministère de l’Énergie cherche à résoudre l’un des plus grands défis de l’énergie solaire : que faire des panneaux solaires après leur mort.

L’énergie solaire est essentielle pour résoudre le problème du changement climatique, mais pour que la technologie elle-même soit durable, elle doit être recyclable. Malheureusement, lorsqu’un panneau solaire meurt aujourd’hui, il est susceptible de rencontrer l’un des deux destins suivants : un broyeur ou une décharge.

Les chercheurs de l’Arizona State University (ASU) espèrent changer cela grâce à un nouveau processus de recyclage qui utilise des produits chimiques pour récupérer des métaux et des matériaux de grande valeur, comme l’argent et le silicium, rendant le recyclage plus attrayant sur le plan économique. Plus tôt ce mois-ci, l’équipe a reçu une subvention de 485 000 $ sur deux ans du bureau de fabrication avancée du DOE pour valider davantage l’idée, qui, ils l’espèrent, jettera les bases d’une usine de recyclage pilote au cours des trois prochaines années. Les fonds de contrepartie sont fournis par l’ASU et la société d’énergie Premier solaire, qui agit en tant que conseiller industriel sur le projet.

Si tout se passe bien, un processus de recyclage solaire plus propre et plus rentable pourrait arriver sur le marché dès la première vague de panneaux solaires frappe le flux de déchets.

« Alors que nous accélérons la fabrication d’énergies propres, en produisant davantage de technologies énergétiques propres, penser au recyclage en fin de vie devient encore plus important », déclare Diane Bauer, directeur adjoint par intérim de l’Advanced Manufacturing Office du DOE.

Alors que relativement peu de panneaux solaires ont déjà atteint la fin de leur vie, les experts soupçonnent que la plupart d’entre eux se retrouvent dans des décharges, où les métaux précieux et les matériaux qu’ils contiennent sont perdus. Meng Tao, chercheur en durabilité solaire à l’ASU qui dirige le nouvel effort de recyclage, a estimé que le monde pourrait faire face à des pénuries d’approvisionnement d’au moins un de ces métaux, l’argent, bien avant que nous ayons construit tous les panneaux solaires nécessaires pour abandonner les combustibles fossiles. Le silicium de qualité solaire, quant à lui, nécessite d’énormes quantités d’énergie à fabriquer, et son utilisation plus d’une fois est importante pour réduire la demande en électricité de l’industrie solaire et son empreinte carbone.

Même lorsque les panneaux solaires sont aujourd’hui recyclés, ces matériaux sont rarement récupérés. Au lieu de cela, les recycleurs enlèvent généralement le cadre en aluminium qui maintient le panneau ensemble, dénudent le câblage en cuivre de l’arrière et déchiqueter le panneau lui-même, créant un hasch solaire vendu sous forme de verre pilé. Ces trois produits – l’aluminium, le cuivre et le verre concassé – pourraient rapporter 3 $ par panneau à un recycleur, dit Tao. Les entreprises avec lesquelles Tao s’est entretenu disent qu’il en coûte jusqu’à 25 $ pour recycler un panneau, après les coûts de déclassement et de transit.

Nouveaux procédés de recyclage solaire qui récupèrent plus de métaux et de minéraux pourraient améliorer considérablement la rentabilité. Tao et ses collègues proposent un tel processus, dans lequel le format enveloppe cellules de silicium à l’intérieur des panneaux solaires sont d’abord séparés des feuilles de polymères et de verre qui les entourent à l’aide d’une lame d’acier chaud. Une concoction chimique en instance de brevet développée par la startup de recyclage de Tao Entreprises TG est ensuite utilisé pour extraire l’argent, l’étain, le cuivre et le plomb des cellules, laissant derrière lui du silicium.

Alors que le processus de recyclage utilise des produits chimiques agressifs, Tao dit que ces produits chimiques peuvent être « régénérés et utilisés encore et encore », réduisant ainsi la quantité de déchets créés – une caractéristique de sa méthode de recyclage qu’il considère unique. Tao ajoute qu’en récupérant le plomb, le processus a également le potentiel d’éliminer un risque environnemental qui se retrouverait autrement dans le recyclage des déchets ou des décharges.

Tao affirme que TG Companies a déjà développé une technologie pour récupérer 100 % de l’argent, de l’étain, du cuivre et du plomb dans les cellules solaires. La nouvelle subvention du DOE permettra à son équipe d’optimiser davantage le processus de recyclage des panneaux solaires et de vérifier si le silicium peut être récupéré à une pureté suffisamment élevée pour fabriquer de nouvelles cellules sans passer par une étape de purification énergivore connue sous le nom de processus Siemens. Si tout se passe bien au cours des deux prochaines années, la prochaine étape sera d’attirer des investisseurs privés pour financer une usine pilote qui peut utiliser le procédé pour recycler environ 100 000 panneaux solaires par an.

Karsten Wambach, le fondateur de l’association à but non lucratif de recyclage de panneaux solaires CYCLE PV, affirme qu’une « approche de chimie verte » comme le proposent Tao et ses collègues a un « grand potentiel pour récupérer des matières secondaires précieuses et contribuer à la protection de l’environnement ».

Mais Wambach note que la récupération de tout l’argent et des autres métaux traces dans les panneaux solaires « pourrait ne pas être entièrement réalisable » en raison des pertes lors du processus de séparation des cellules de silicium des polymères et ailleurs. Dans une version commerciale de ce processus, dit-il, la quantité et la qualité des métaux récupérés seront « optimisées en fonction des spécifications de l’utilisateur en aval et du potentiel d’économies de coûts dans les processus de traitement ».

Les économies de coûts seront essentielles. Selon le prix de l’argent, Tao pense que son processus pourrait récupérer 10 à 15 $ de matériaux par panneau. Mais cela pourrait changer, prévient Wambach, si les fabricants continuer à utiliser moins d’argent dans les panneaux solaires au fil du temps. Et même 15 $ par panneau ne couvriront probablement pas le coût total de la mise hors service et du recyclage des panneaux, ce qui signifie politiques de soutien peut être nécessaire pour passer à l’échelle.

Un dernier obstacle, dit Wambach, est qu’il n’y a tout simplement pas beaucoup de panneaux solaires retirés des toits aujourd’hui. Mais en même temps moins d’un demi-million de tonnes des déchets solaires existaient dans le monde en 2016, l’Agence internationale des énergies renouvelables a prévu que d’ici 2030, ce chiffre pourrait atteindre 8 millions de tonnes. D’ici 2050, nous pourrions jeter 6 millions de tonnes de panneaux solaires morts chaque an, presque autant que nous en installons.

Sur la base de ces projections et données sur la valeur des métaux et des minéraux à l’intérieur de chaque panneau, Tao et ses collègues ont estimé que d’ici 2028, les déchets électroniques solaires contiendront plus d’un milliard de dollars de matériaux récoltables. Pour quiconque est capable de relever le défi du recyclage, cette poubelle high-tech pourrait devenir un trésor.