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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


Contenuti


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.


Test su scala di

laboratorio

Progettazione

impianto

Costruzione

impiantoDimostrazione


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)


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.


2) Panoramica attuale: Tipologie di PVP


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


2) Panoramica attuale: Composizione dei PVP

2) Panoramica attuale: Regolamento dell’Unione Europea


• 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


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


2) Panoramica attuale: Tecnologie di recycling

Caduta del prezzo del Si!


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


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


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


2) Panoramica attuale: Proiezione dei rifiuti in Europa

Si-cristallino Si-amorfo CdTe CIS/CIGSPrezzo

(€/ton di materiale)

Introito

(€/ton of PV trattato)

Introito


Introito


Introito


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


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


3) Processo Photolife: Block Flow Diagram


3) Processo Photolife: Stadi caratterizzazione merceologica

Campionatura Macinazione Trattamento chimico Separazione

BACKSHEET EVA+CELL VETRO CONTATTI


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):


3) Processo Photolife: Risultati caratterizzazione merceologica

71%84%

47%


3) Processo Photolife: Caratterizzazione chimica

Campionatura Macinazione Mineralizzazione Analisi


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


Me

tal c

on

ten

t (m

g/g

)

Cu Ti Ag Cd Te

0

5

10

15

20

25

30


Meta

l co

nte

nt

(mg

/g)

Fe Zn Al Si/10

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5


Meta

l co

nte

nt

(mg

/g)

Cu Ti Ag Cd Te

Frazione fine

0.08-0.4 mm

Frazione finissima

<0.08 mm


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


4) Impianto pilota Photolife: Sito installazione impianto


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


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


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


4) Impianto pilota Photolife: Foto apparecchiature

A B

C


• 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


Grazie!http://www.photolifeproject.eu/

Referente HTR: Prof.ssa Francesca Pagnanelli

[email protected]

Dipartimento di Chimica, Università Sapienza

Sapienza Università di Roma

P.le Aldo Moro, 5

00185 Rome, Italy

Ing. Ludovica M. Baldassari

[email protected]

Eco Recycling S.r.l.

Sapienza Università di Roma

P.le Aldo Moro, 5

00185 Rome, Italy

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

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