Post on 18-Oct-2020
Photolife Project, LIFE13 ENV/IT/001033
Life-MED - Brescia, 21 Gennaio 2016
Ludovica M. Baldassari
1) Presentazione generale del progetto PHOTOLIFE:
• Obiettivi
• Azioni
• Partnership
2) Panoramica attuale:
• Tipologia, struttura e composizione dei PVP
• Regolamentazione EU, tecnologie attuali, proiezioni future
3) Processo Photolife:
• Tipologia di pannelli trattati
• Schema a blocchi
• Risultati sperimentali (caratterizzazione merceologica e chimica)
4) Impianto pilota:
• Schema di processo: capacità e controllo
• Sito d’impianto
Photolife Project, LIFE13 ENV/IT/001033
Contenuti
Photolife Project, LIFE13 ENV/IT/001033
1) Presentazione del progetto
Gli obiettivi del progetto sono:
• dimostrare su scala pilota il trattamento di 3 tipi di pannelli fotovoltaici (Si-cristallino,
Si-amorfo, Cd-Te)
• caratterizzare i prodotti (vetro e metalli) in uscita dal trattamento nell’impianto
pilota
• determinare la fattibilità economica complessiva
Il Photolife Project “Process and automated pilot plant for simultaneous and integral
recycling of different kinds of photovoltaic panels” (Giugno 2014 - Agosto 2017) è un progetto
cofinanziato dalla Comunità Europea, con il bando LIFE+, per la dimostrazione della fattibilità
tecnico-economica e vantaggi ambientali del riciclaggio di vetro e metalli trattando diversi tipi
di pannelli fotovoltaici. Il processo è stato brevettato con Brevetto Europeo.
Photolife Project, LIFE13 ENV/IT/001033
Test su scala di
laboratorio
Progettazione
impianto
Costruzione
impiantoDimostrazione
Photolife Project, LIFE13 ENV/IT/001033
1) Presentazione del progetto: azioni
Le attività rispetto cui il progetto è stato articolato sono le seguenti:
Elaborazione dei dati esistenti (analisi dei risultati di laboratorio; stima del trend di
mercato; preliminare analisi di fattibilità economica)
Recupero dei pannelli fotovoltaici e loro caratterizzazione (reperimento e classificazione
dei PVP, caratterizzazione del pannello recuperato)
Progettazione e realizzazione del processo e dell’impianto
Esperimenti sull’impianto pilota
Analisi economica
Test su scala di laboratorio con i pannelli fotovoltaici innovativi CIS e CIGS
Fase di monitoraggio (valutazione ambientale dell’impatto del progetto; LCA)
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1) Presentazione del progetto: i partner
I partner del progetto Photolife sono:
Eco Recycling srl: spin off dell’Università Sapienza di Roma che opera prevalentemente nel settore dei
processi ecosostenibili. Le attività dello spin off riguardano principalmente: Sviluppo di processi innovativi
per il recupero di metalli da materie prime primarie e secondarie; Processo e impiantistica; Assistenza per
start up, gestione e formazione del personale; Analisi chimiche per il controllo ambientale e ottimizzazione
dei processi.
Green Engineering srl: è una società di ingegneria costituita da personale altamente qualificato fondata
nel 2006 con l’obiettivo di fornire soluzioni sostenibili da un punto di vista ambientale a problemi
energetici. Il core business della società è la progettazione e lo sviluppo industriale mirato al risparmio
energetico.
Centro di ricerca HTR: fondato nel 2007, mette in collaborazione alcune università italiane (Sapienza,
L’Aquila, Genova, Bologna, Cagliari, Istituto politecnico delle Marche) e centri di ricerca (come Institute of
Environmental Geology and Geo-Engineering – Roma) convolti nello sviluppo di tecnologie innovative nel
trattamento di materie prime secondarie e recupero di energia.
Eco Power srl: società che opera come fornitore nel settore dei pannelli fotovoltaici. È stata fondata nel
2007 ed è attualmente parte di un gruppo operante nel campo delle energie rinnovabili vantando un
esperienza di circa 10 MW di installazioni fotovoltaiche, di consulenza e fornitore di attrezzature
specifiche.
Photolife Project, LIFE13 ENV/IT/001033
2) Panoramica attuale: Tipologie di PVP
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2) Panoramica attuale: Struttura interna dei PVP
Tipica struttura multistrato
Componenti specifici dei pannelli
Si CristallinoCdTe CIGS
Si-cristallino Si-amorfo CdTe CIS-CIGS
Peso del modulo (Kg) 5-28 11-20 9-15 10-20
Vetro 74% 86% 95% 84%
Alluminio 10% <1% <1% 12%
Altri componenti (inclusi metallirari)
16% 14% 4% 4%
Altri materiali chiave (>1% della
composizione)
EVA, tedlar,
silicio, adesivoPolyol, MDI EVA EVA
Metalli rari e preziosi Ag In, Ge - In, Ga, Se
Metalli tossici Pb - Cd Cd
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2) Panoramica attuale: Composizione dei PVP
2) Panoramica attuale: Regolamento dell’Unione Europea
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• Pannelli fotovoltaici sono classificati come RAEE (revisione della Direttiva 2002/96/CE)
• I pannelli fotovoltaici a fine vita devono essere riciclati (Guideline 2012/19/EU)
• Tasso minimo di raccolta dei pannelli come peso medio è del 45% dei dispositivi totali entro il
2016 e del 65% in seguito
• Obiettivo minimo per il recupero è di 80% in peso entro il 2015
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2) Panoramica attuale: PVP come materia prima secondaria
MaterialiPrezzo
(euro/Kg)Tipologia di PVP
Domandafutura stimata
Resa di riciclo
Vetro 0.05Si-cristallino, Si-amorfo, CdTe,
CIS, CIGS, CPV e tecnologieemergenti
bassa 64%
Alluminio 1.2Si-cristallino, Si-amorfo, CdTe,
CIS, CIGS, CPV e tecnologieemergenti
media 41-95%
Ag 650 Si-cristallino alta 30-50%
In 442 Si-amorfo, CIS, CIGS media Limitata ma in aumento
Ga 515 CIGS, CPV e tecnologie emergenti media 20%
Ge 957Si-amorfo, CPV e tecnologie
emergentibassa 30%
Si-cristallino CdTe
• Trattamento termico (600°C) per il recupero della cella
• Trattamento chimico (HNO3, KOH, HF) per il recupero dei metalli
• Trattamento meccanico• Trattamento chimico (H2SO4+H2O2) per il
recupero di Cd e Te
Deutch Solar Process First Solar Process
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2) Panoramica attuale: Tecnologie di recycling
Caduta del prezzo del Si!
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Heating
Manual opening of
wafers and
extraction of cells
Sequential
Chemical
Leachings
Cystalline Si
modules
Glass and metals
to be further treated and recycled
Intact cells
2) Panoramica attuale: Tecnologie di recycling – DEUTSCHE SOLAR PROCESS
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2) Panoramica attuale: Tecnologie di recycling – FIRST SOLAR PROCESS
Crushing and
grinding
Leaching
(H2SO4+H2O2)
Mechanical
separation
Precipitation
(NaOH)
CdTe modules
Glass
Cd-Te concentrate
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2) Panoramica attuale: Proiezione dei rifiuti in Europa
Year
2000 2005 2010 2015 2020
Inst
alle
d p
anel
s (t
on
s)
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
c-Si
a-Si
CdTe
CIGS/CIS
CPVCol 1 vs Col 8
Col 1 vs Col 3
Col 1 vs Col 4
Col 1 vs Col 5
Col 1 vs Col 6
Col 1 vs Col 7
Col 1 vs Col 8
2025 2030 2035 2040 2045
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2) Panoramica attuale: Proiezione dei rifiuti in Europa
Si-cristallino Si-amorfo CdTe CIS/CIGSPrezzo
(€/ton di materiale)
Introito
(€/ton of PV trattato)
Introito
(€/ton of PV trattato)
Introito
(€/ton of PV trattato)
Introito
(€/ton of PV trattato)
Vetro 50 37.5 43 48 42
Alluminio 1200 120 12 12 144
Argento 650000 6500 0 0 0
Indio 442000 0 2210 0 2210
Gallio 515000 0 0 0 2575
Germanio 917000 0 4585 0 0
TOT 6657.5 6850 60 4971
Year
2025 2030 2035 2040 2045
Am
ou
nt
of
wa
ste
fra
ctio
ns
(to
ns)
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
Glass
Al
Year
2025 2030 2035 2040 2045
Rar
e m
etal
s fr
om
was
te (
ton
s)
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
Ag
In
Ga
Ge
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3) Processo Photolife: PVP trattati
Si-monocristallino Si-policristallino CdTe Si-amorfo
Tipologia Modello Campagna
Modulo PV Si-policristallino BYD - 230P6-30 Campagna 1
Modulo PV Si-amorfo Sharp NA-901 WQ Campagna 1
Modulo Si-policristallino BYD-230P6-30 Campagna 2
Modulo Si-monocristallino SHARP NT-175E1/NT-R5E3E Campagna 2
Modulo PV CdTe First Solar FS2 Campagna 1
Modulo PV CdTe First Solar FS2 Campagna 2
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3) Processo Photolife: Block Flow Diagram
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3) Processo Photolife: Stadi caratterizzazione merceologica
Campionatura Macinazione Trattamento chimico Separazione
BACKSHEET EVA+CELL VETRO CONTATTI
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3) Processo Photolife: Risultati caratterizzazione merceologica
Mono Si Poly Si Amo Si CdTe
EOL PVP 1000 1000 1000 1000
Cornice Al 80 100 0 0
Vetro 624 610 701 729
Perdita di massa (3XC) 9 9 10 10
Frazione fine 191 163 178 188
Altro (Tedlar + EVA) 96 118 110 72
Risultati di laboratorio da due campagne sperimentali (Kg):
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3) Processo Photolife: Risultati caratterizzazione merceologica
71%84%
47%
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3) Processo Photolife: Caratterizzazione chimica
Campionatura Macinazione Mineralizzazione Analisi
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3) Processo Photolife: Caratterizzazione delle frazioni fini (>0,08mm e <0,08mm)
0
5
10
15
20
25
30
35
Poly Si Mono Si Amo Si CdTe
Meta
l c
on
ten
t (m
g/g
)
Fe Zn Al Si/10
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
Poly Si Mono Si Amo Si CdTe
Me
tal c
on
ten
t (m
g/g
)
Cu Ti Ag Cd Te
0
5
10
15
20
25
30
Poly Si Mono Si Amo Si CdTe
Meta
l co
nte
nt
(mg
/g)
Fe Zn Al Si/10
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
Poly Si Mono Si Amo Si CdTe
Meta
l co
nte
nt
(mg
/g)
Cu Ti Ag Cd Te
Frazione fine
0.08-0.4 mm
Frazione finissima
<0.08 mm
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4) Impianto pilota
• Implementazione dell’Impianto
HydroWEEE (FP7/2007-2013) per il
trattamento idrometallurgico con la
sezione di trattamento meccanico e
la sezione di trattamento chimico
Photolife
• Impianto mobile disposto su 3
container
• Obiettivo minimo per il recupero è
pari all’80% in peso
Photolife Project, LIFE13 ENV/IT/001033
4) Impianto pilota Photolife: Sito installazione impianto
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4) Impianto pilota Photolife: Schema di processo sezione chimica
Caricamento PV macinati
Reattore trattamento chimico
Serbatoio di stoccaggio intermedio
Separazione
EVA, Tedlar e metalli
vetro
Photolife Project, LIFE13 ENV/IT/001033
4) Impianto pilota Photolife: Capacità di impianto
Valutazione Risultato
Capacità di processo (kg/anno) Obiettivo di progetto 200000
Ore operative per giorno (h/day) Assunzione: 2 turni al giorno 8
Giorni lavorativi (giorni/anno) Assunzione 265
Processing rate (kg/day) Capacità di processo/Giorni lavorativi 755
Durata dello stadio limitante (h) Da ricerca in laboratorio 0.5
Numero di batch al giorno (1/giorno)Ore di funzionamento/Durata stadio
limitante16
Pannelli processati per batch (kg/batch)
Processing rate/Numero di batch al giorno
47
Photolife Project, LIFE13 ENV/IT/001033
4) Impianto pilota Photolife: Sistema di Controllo
• Valvole automatiche e pompe controllate tramite PC programmabile permettono di coordinare il
flusso dei reagenti.
• Il carico e scarico dei reagenti è controllato in modo automatico e basato sul segnale ricevuto da
celle di carico.
• Regolazione feedback automatica della temperatura del reattore grazie al controllo on-off della
caldaia.
• La pressione all’interno del reattore è monitorata da PC attraverso un controllore di pressione.
• Caricamento del solido pre-pesato nella tramoggia in alimentazione al reattore che opera il
trattamento chimico Photolife.
• Raccolta e spostamento fuori dall’impianto dei solidi in uscita dal trattamento chimico Photolife.
Controllo automatico
Operazioni manuali
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4) Impianto pilota Photolife: Foto apparecchiature
A B
C
Photolife Project, LIFE13 ENV/IT/001033
• Progetto Photolife mira al trattamento di diverse tipologie di PVP
• Gli obiettivi di progetto rispecchiano le direttive europee per i PVP
• L’attività sperimentale su scala di laboratorio ha consentito di caratterizzare i pannelli e
definire un processo per il loro recupero
• Il prototipo su scala pilota attesterà i risultati di ricerca industriale
• L’attività di dimostrazione convaliderà la fattibilità tecnica ed economica
Conclusioni
Photolife Project, LIFE13 ENV/IT/001033
Grazie!http://www.photolifeproject.eu/
Referente HTR: Prof.ssa Francesca Pagnanelli
francesca.pagnanelli@uniroma1.it
Dipartimento di Chimica, Università Sapienza
Sapienza Università di Roma
P.le Aldo Moro, 5
00185 Rome, Italy
Ing. Ludovica M. Baldassari
ludovica.baldassari@ecorecycling.eu
Eco Recycling S.r.l.
Sapienza Università di Roma
P.le Aldo Moro, 5
00185 Rome, Italy