Как утилизировать аккумуляторы, солнечные панели и ветряки
Разбираемся, как в будущем не получить свалки из возобновляемых источников энергии.
Сегодня нет способов производства энергии, у которых был бы нулевой экологический след. Поэтому ключевой вопрос состоит в выборе самого безопасного — с наименьшими последствиями для природы и человека — варианта. И возобновляемые источники энергии (ВИЭ) — самый подходящий из них.
Чтобы сократить выбросы парниковых газов и сдержать климатический кризис, необходимо развивать ВИЭ. При этом, как и любая другая техника, ветряки, аккумуляторы и солнечные панели не могут служить вечно, и их нужно утилизировать.
Если при сжигании угля, нефти и газа в атмосферу и океан происходят выбросы парниковых газов, которые очень трудно оттуда достать, то с отходами ВИЭ можно поступать экологично. Рассказываем, что делать с отслужившими аккумуляторами, ветряками и солнечными панелями.
Солнечные панели
Долгое время однозначно эффективных решений для переработки солнечных панелей не существовало. Срок службы этих панелей, как показывает практика, гораздо больше заявленных изначально производителями 20—25 лет. Даже старые солнечные панели после 30 лет службы показывают выработку электроэнергии на уровне 79,5% от изначальной, а благодаря современным технологиям, например, технологии CadTel компании First Solar, их эффективность может составлять более 89%.
Когда срок эксплуатации подходит к концу, отработавшие модули становятся электронным мусором — к такой категории их и относят. В отечественных разработках солнечных панелей уже нет свинца, мышьяка, кадмия, хрома, ртути, и поэтому их отходы — низший, то есть V класс опасности по российской классификации. К нему же относятся яичная скорлупа или использованные бумага и картон.
Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (IRENA) считает, что годовой объём отходов отработанных солнечных панелей во всём мире в 2050 году составит 5,5—6 млн тонн — это более 10% всего электронного мусора, который образуется сегодня на Земле за год. Поэтому солнечные панели нужно утилизировать правильно. В некоторых странах уже есть соответствующие законы: например, в Европейском Союзе сбором и переработкой списанных солнечных модулей обязаны заниматься их производители. В США подобное требование есть на уровне отдельных штатов, и сегодня там перерабатывают только 10% отслуживших солнечных панелей. В России солнечная энергетика только набирает обороты, поэтому вопрос утилизации панелей в нашей стране пока остро не стоит. Но, очевидно, необходимо подготовиться заранее и принять соответствующие законы.
На данный момент существует большое количество технологий переработки солнечных панелей. Некоторые из них позволяют перерабатывать 96% материалов, и эта планка поднимется ещё выше в будущем. Оставшиеся 4% — это в основном пыль, попавшая в фильтры после измельчения, которую можно использовать, например, как заменитель песка в строительстве.
В 2019 году на заводе во Франции было переработано 94% материала из накопленных 3000 тонн солнечных панелей. Переработка солнечной панели в общем виде включает разделение её слоёв на составляющие элементы (стекло, кремний, медь, серебро, алюминий, полиэтилен и другие) и возврат этих элементов в производство.
Кроме того, уже сегодня можно произвести солнечную панель на 100% из вторичных материалов. Её эффективность будет немного ниже, чем у современных аналогов премиального уровня, но выше, чем у абсолютного большинства старых модулей.
В России существуют собственные разработки в области переработки солнечных панелей. Причём, некоторые из них обещают 100% эффективность переработки кремниевых пластин. Однако внедрение ветряных и солнечных электростанций в нашей стране происходит с некоторым запаздыванием, поэтому стоит ожидать, что стандарты и нормы переработки их компонентов будут развиваться активнее с ростом их актуальности, то есть на горизонте 10—20 лет.
Лопасти ветряков
Большая часть ветрогенераторов была установлена в последнее десятилетие. Срок службы ветряка обычно составляет до 20 лет, хотя в отрасли пытаются увеличить его до 40 лет. Появляется закономерный вопрос — а что происходит с этими генераторами дальше, каков их жизненный цикл?
В целом каждая ветряная турбина примерно на 96% изготовлена из перерабатываемых и зачастую уже переработанных материалов. Мачта и другие части установки ветрогенераторов перерабатываются как обычный металлолом. Более сложная задача — переработка оставшихся 4%. Они включают лопасти, которые изготовлены из композитных материалов — состоящих из разных компонентов. Композиты обеспечивают лёгкость и прочность, но затрудняют переработку изделий. Поскольку переработка и повторное использование композитных материалов — актуальная задача не только для ВИЭ, более эффективно её можно решать вместе с производителями из других отраслей. Например, автопром или строительство сегодня потребляют композитные материалы в гораздо большем объёме.
Значительно упростить переработку и повторное использование лопастей ветряных турбин могут обновлённые технологии их изготовления. За последние 20—30 лет они претерпели ряд изменений, к примеру, появились технологии изготовления лопастей из термопластиков, которые можно переплавить в новые лопасти или что-то ещё.
Датская компания LM Wind Power одной из первых задумалась о безотходном производстве лопастей. Научившись изготавливать 100% перерабатываемые лопасти, они пошли дальше — начали использовать для их производства вторичное сырьё, например, пластиковые бутылки.
Однако остаётся вопрос со множеством лопастей так называемого первого поколения ветряных турбин, изготовленных из стекловолокна и эпоксидных смол. Но и тут всё далеко не так печально.
Ещё до того, как компания LM Wind Power начала искать технологии безотходного производства, лопасти стали использовать как строительный материал и элементы уличного интерьера. Например, международный коллектив дизайнеров Superuse Studios ещё в 2007—2008 годах начал использовать старые лопасти ветряных турбин в дизайне детских площадок, а компания BladeBridge использует лопасти и их части в качестве элементов мостов, уличной мебели, мачт освещения и прочего.
Спектр повторного использования изначально неперерабатываемых лопастей этим не ограничивается. Компания Veolia North America осуществляет программу, в рамках которой гигантские лопасти измельчают до волокон и превращают в ценный товар — цемент. Это также помогает снизить выбросы CO₂ и потребление воды по сравнению с традиционным производством цемента.
Восточный научно-исследовательский углехимический институт в России также недавно запатентовал метод термического разложения отходов на отдельные волокна. Другой пример: китайская компания Goldwind использует старые лопасти ветрогенераторов как сырьё для 3D печати.
Необходимо отметить, что расширение списка технологий переработки и вариантов повторного использования лопастей продолжается, и компании активно ищут новые способы превратить в полезные вещи каждую отслужившую свой срок деталь ветряка.
Аккумуляторы
Они играют ключевую роль в энергопереходе — текущем процессе отказа от ископаемых видов топлива в пользу ВИЭ и других низкоуглеродных технологий. Аккумуляторы используют для хранения энергии, выработанной ветряками или солнечными панелями. Их также широко применяют в электромобилях.
Сегодня распространены литий-ионные аккумуляторы, которые могут прослужить 10–20 лет в электромобилях. Они состоят из ионов лития и других материалов и преобразуют электрическую энергию в химическую. При этом в таких аккумуляторах содержатся токсичные кобальт, никель и марганец. Попав на свалки, они могут загрязнить экосистемы. Поэтому важно правильно утилизировать литий-ионные батареи и возвращать ценные материалы в оборот.
Сегодня есть технологии переработки аккумуляторов, но с экономической точки зрения они не всегда широко доступны. Тем не менее, согласно последним расчётам, глобальные мощности по переработке литий-ионных аккумуляторов сегодня растут быстрее объёма соответствующих отходов. В Австралии, США, Канаде, Германии, Швеции, Финляндии появляются предприятия по переработке. В России тоже планируют открыть завод по переработке аккумуляторов.
Для эффективного решения проблемы, вопросы переработки батарей должны учитываться уже на стадии проектирования продукта. Это позволит создать жизнеспособную масштабируемую схему утилизации, соответствующую принципам экономики замкнутого цикла.
Для накопления и хранения солнечной и ветряной энергии есть и другие решения: например, это гидроаккумулирующие станции, хранение в виде сжатого воздуха или кинетической энергии маховиков, использование потенциальной энергии поднятого твёрдого тела — так называемые гравитационные аккумуляторы. Последние уже активно используются в Китае и других странах совместно с солнечными электростанциями. Ведутся также разработки новых, более экологичных типов батарей: например, на основе алюминия или обычной соли. А в Финляндии заработал первый в мире «песочный» аккумулятор, способный месяцами хранить энергию от солнца и ветра и отапливать дома даже в самые суровые зимние месяцы.
Поэтому, если грамотно подойти к утилизации отходов от ВИЭ, она не должна стать проблемой и обернуться горами отходов из отслуживших ветряков, солнечных панелей и аккумуляторов.
С точки зрения технологий, уровень переработки отходов от ВИЭ уже может быть очень высоким. Доступность этих решений зависит от их стоимости, которая будет уменьшаться по мере развития рынка. Как и в случае с другими отходами, применение доступных решений на практике зависит от добросовестности природопользователей, государственного регулирования и активности населения, которое может требовать от правительства и бизнеса внедрения безопасных технологий.
Главное – отслужившие ВИЭ ни в коем случае не должны отправляться на свалки.
Это должно регулироваться законодательством об отходах в каждой стране. Чаще всего закон обязывает производителей принимать и перерабатывать отработанные лопасти от ветряков, ветрогенераторы, панели и другие составляющие ВИЭ. Такая система, основанная на принципах экономики замкнутого цикла, должна будет играть ключевую роль в снижении нагрузки на окружающую среду при переходе на возобновляемые источники энергии и должна быть налажена до того, как у солнечных панелей, ветряков и батарей начнут массово истекать сроки службы.
Но одной переработки недостаточно: нужно постепенно уменьшать количество материалов, которые используются при производстве объектов ВИЭ для выработки энергии, чтобы в будущем получать меньше отходов в виде отслуживших солнечных панелей или лопастей ветряков. В то же время, чем больше развит сектор ВИЭ и выше его доля в энергетике, тем экономически более целесообразна переработка компонентов ВИЭ за счёт масштаба — а это, в свою очередь, способствует дальнейшему развитию технологий.
Также важно находить замену вредным элементам менее вредными. Например, сейчас компании стараются использовать меньше свинца при изготовлении ветряков и солнечных панелей.
