هل يمكن أن تتحول نفايات الألواح الشمسية إلى منجم جديد للمعادن والطاقة؟

مقدمة

مع التوسع العالمي غير المسبوق في نشر الطاقة الشمسية، تلوح في الأفق مشكلة بيئية واقتصادية صامتة:  النفايات الكهروضوئية،  فالألواح الشمسية المصممة للعمل لنحو 25 عامًا ستبدأ بالخروج من الخدمة خلال العقد القادم، لتتراكم ملايين الأطنان بحلول عام 2050. وفقًا لتقديرات الوكالة الدولية للطاقة المتجددة  (IRENA)، قد يصل حجم هذه النفايات إلى 78  مليون طن، ما لم يتم تطوير واعتماد استراتيجيات فعّالة لإعادة التدوير. هذا يطرح سؤالاً جوهريًا: هل ستصبح الألواح المستهلكة عبئًا بيئيًا أم موردًا استراتيجيًا لمواد عالية القيمة؟

 حجم المشكلة بالأرقام

• القدرة العالمية المركبة للطاقة الشمسية عام 2017 400 جيجاواط.
• التوقعات لعام 2050 بلغت 4500 جيجاواط.
• النفايات المتوقعة بحلول 2030 ما بين 4% – 14% من الألواح المركبة.
• بحلول منتصف القرن أكثر من 80% من الألواح الحالية ستصل إلى نهاية عمرها.
• المساهمون الرئيسيون في النفايات: الصين 20 مليون طن (سيناريو الخسائر المبكرة)، الولايات المتحدة 10 ملايين طن، اليابان، الهند، وألمانيا.

تقنيات إعادة التدوير

1.     التدوير الميكانيكي   Mechanical Recycling

• يعتمد على التفكيك اليدوي والآلي لفصل الإطارات، الكابلات، والألمنيوم.
• يتم سحق الألواح إلى جزيئات دقيقة لاسترجاع الزجاج والمعادن.
• المزايا: منخفض الكلفة، بسيط التنفيذ، يسترجع نحو 85%  من الوزن الكلي (معظمها زجاج وألمنيوم).
• القيود: صعوبة استرجاع السيليكون والمعادن النفيسة بدقة عالية.

2.     المعالجة الحرارية  Thermal Treatment

• تسخين الألواح المكسرة إلى درجات تصل إلى 500–650°C
• يحترق البوليمر (EVA) الذي يربط طبقات الخلايا، مما يسمح بفصل الزجاج والسيليكون.
• معدلات الاسترجاع 91% من الزجاج، مع إمكانية استرجاع الفضة والنحاس.
• المزايا: ينتج مواد أنظف وأكثر نقاء مقارنة بالميكانيكية.
• التحديات: استهلاك كبير للطاقة، وانبعاثات إضافية من الغازات.

3.     المعالجة الكيميائية   Chemical Processing

• استخدام أحماض ومذيبات مثل حمض النيتريك HNO₃ أو الصوديوم الكاوي NaOH لإذابة الطبقات واستخلاص المعادن.
• نسب النقاء: تصل إلى 99%  للسيليكون و7%  للتيلوريوم و98%  للإنديوم.
• المزايا: أعلى كفاءة في استرجاع المعادن النادرة والقيمة مثل الفضة والرصاص.
• التحديات: الحاجة إلى إدارة دقيقة للنفايات الكيميائية الناتجة.

4.     التدوير المباشر   Direct Recycling

• بدلاً من تفكيك المواد إلى عناصرها الخام، يتم الحفاظ على البنية البلورية للسيليكون أو مواد البروفيسكايت.
• يسمح بإعادة الاستخدام المباشر في تصنيع ألواح جديدة.
• المزايا: تقليل استهلاك الطاقة مقارنة بالطرق الأخرى.
• التحديات: تقنية ناشئة تحتاج إلى تحسين الموثوقية والجودة.

الفروقات حسب نوع التكنولوجيا

• الخلايا السيليكونية (Si-based) : استرجاع الزجاج والسيليكون يفوق 95%، لكنها تمثل التحدي الأكبر بسبب حجمها الهائل.
• الخلايا الرقيقة (Thin Film) : تحتوي على معادن استراتيجية مثل الكادميوم والتيلوريوم؛ الاسترجاع الكيميائي يسمح بنقاوة تصل إلى 7% للتيلوريوم.
• الخلايا البروفيسكايتية: تجارب أولية أظهرت كفاءة استرجاع تقارب 99%  من الرصاص، مع الحفاظ على الخصائص الضوئية.
• خلايا الغاليوم أرسنيد (GaAs) : تستخدم في الفضاء، الانحلال الحراري يسمح باسترجاع 93% من الغاليوم.

أهم المصطلحات التقنية في إعادة التدوير

• المعالجة الحرارية – Thermal Treatment تسخين لفصل الزجاج والسيليكون.
• المعالجة الكيميائية – Chemical Processing أحماض ومذيبات لاستخراج المعادن بدقة.
• المعادن النادرة – Critical / Rare Metals مثل التيلوريوم والإنديوم.
• التدوير المباشر – Direct Recycling الحفاظ على البنية الأصلية للمواد.
• مسؤولية المنتج الممتدة – Extended Producer Responsibility (EPR) إلزام المصنع بجمع وإعادة تدوير منتجاته.
• تحليل دورة الحياة – Life Cycle Analysis (LCA) قياس الأثر البيئي والاقتصادي للتدوير.

التحليل البيئي والاقتصادي

• تقليل الانبعاثات من 6 كجمCO₂eq/m²  إلى 2.5 كجم CO₂eq/m² بفضل إعادة التدوير.
• القيمة الاقتصادية للمواد المسترجعة قد تصل إلى 12 دولار/م².
• دراسة في البرازيل أظهرت انخفاض السمية البشرية والمائية بنسبة 78% عند اعتماد إعادة التدوير.

خاتمة استراتيجية

إعادة تدوير الألواح الشمسية ليست مجرد معالجة نفايات، بل استثمار في موارد استراتيجية كالسيلكون والفضة والإنديوم، وضمانة لاستدامة سلاسل التوريد. إن اعتماد تقنيات إعادة التدوير المتقدمة، إلى جانب سياسات مثل مسؤولية المنتج الممتدة، هو السبيل نحو اقتصاد دائري يدعم الطاقة النظيفة ويحول التحدي إلى فرصة.

📚  المصدر:

Ndalloka, Z. N., Nair, H. V., Alpert, S., & Schmid, C. (2024). Solar Photovoltaic Recycling Strategies. Solar Energy, 270, 112379. https://doi.org/10.1016/j.solener.2024.112379