Können alte PV-Module zur Rohstoffquelle werden?

Ende dieses Jahres werden weltweit Solaranlagen mit einer Gesamtleistung von rund 3000 Gigawatt installiert sein. Rund die Hälfte davon in China. Deutschland wird mit knapp 120 Gigawatt wahrscheinlich auf Platz 4 hinter China, den USA und Indien liegen. Noch vor 20 Jahren sah es ganz anders aus, als Deutschland den heutigen Spitzenreiter China um das Zehnfache überflügelte – allerdings auf deutlich niedrigerem Niveau. Doch der frühe deutsche Photovoltaik-Boom bietet heute erneut eine große Chance: Deutschland zählt mit Japan zu den ersten Ländern, in denen signifikante Mengen alter Solarmodule abgebaut und recycelt werden. Mehrere, teils kleine Firmen haben diesen gerade entstehenden Markt im Fokus und entwickeln gemeinsam mit Forschungsinstituten Recyclingverfahren. So steigen die Chancen, wieder eine Vorreiterposition in einem weltweit wachsenden Markt zu besetzen.

Pro Jahr 10.000 Tonnen Altmodule

Noch sind die Mengen an ausgedienten Modulen auf Silizium-Basis überschaubar. Die Schätzungen schwanken und rangieren für dieses Jahr bei gut 20.000 Tonnen, die recycelt werden müssen. „Deutschland muss sich als erstes Land dieser Aufgabe stellen, da hier als erstes im großen Stil mit der Installation von PV-Anlagen begonnen wurde“, sagt Andreas Obst, Leiter der Gruppe PV-Recycling am Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik (CSP) in Halle. Schon in den kommenden Jahren werden die Mengen deutlich größer sein. Immer mehr Solaranlagen fallen nach 20 Jahren aus der EEG-Förderung und machen Platz für neue, effizientere Module. Dieses RepoweringAustausch älterer EE-Anlagen durch moderne Anlagen zur Leistungssteigerung am gleichen Standort.Austausch älterer EE-Anlagen durch moderne Anlagen zur Leistungssteigerung am gleichen Standort. kann sich auch für jüngere Anlagen lohnen und die Menge der Altmodule wachsen lassen. Dazu kommen nur bis zu zehn Jahre alte Solarmodule mit einigen 100 Megawatt Leistung, die wegen Problemen mit den schützenden Rückseitenfolien zurückgebaut werden. So haben erste Recyclingfirmen schon bald die Chance auf mindestens 10.000 Tonnen Altmodule pro Jahr. Das gilt als kritische Zahl, ab der die Verwertung für ein Unternehmen profitabel wird. „Die Rücklaufmengen steigen, die Dynamik nimmt zu“, sagt Obst. Ab 2028 geht es steil aufwärts, bis 2030 könnte die Menge der Altmodule allein in Deutschland auf etwa 600.000 Tonnen pro Jahr anwachsen.

Bereits vor drei Jahren schätzte die Internationale Energieagentur (IEA) in Paris die Recyclingmengen in ihrem Report Solar PV Global Supply Chains ab. Weltweit erwarteten die IEA-Analysten etwa 600.000 Tonnen Altmodule. Dabei gingen sie von Laufzeiten von 25 bis 30 Jahren aus, die aus heutiger Sicht mit fallenden Kosten für hocheffiziente Solarmodule eher unwahrscheinlich sind. Spätestens ab 2040 könnte die jährliche Abfallmenge auf bis zu 15 Millionen Tonnen nach oben schnellen. Dem stünde dann eine jährliche Produktion von Solarmodulen mit mindestens 1000 Gigawatt Leistung gegenüber. Mit geeigneten Recyclingverfahren könnten zwei Drittel des Silberbedarfs für die Kontaktelektroden mit Solarmüll gedeckt werden. Für Aluminium, Kupfer und Glas liegen die Anteile bei gut einem Fünftel und für Silizium bei einem Drittel.

Kaum Probleme mit Aluminium

Doch die aktuelle Praxis bei der Verwertung von Altmodulen sieht anders aus. Am wenigsten Mühe bereiten die Rahmen aus Aluminium, die etwa 180 Kilogramm pro Tonne Altmodul ausmachen. Sie werden abmontiert, eingeschmolzen und gelangen in den Aluminiumkreislauf zurück. Ebenso lassen sich Kabelverbindungen und Elektronik wie Wechselrichter mechanisch vom Modul trennen und für eine Rückgewinnung von Kupfer, das knapp ein Prozent des Modulgewichts ausmacht, wie herkömmlicher Elektroschrott behandeln. Das verbaute Glas – mit knapp 70 Prozent der schwerste Teil eines Solarmoduls – zerbricht oft beim Zerlegen und ist zudem verunreinigt. So kann es für neues Glas kaum genutzt werden, sondern dient teils als Rohstoff für isolierende Glaswolle oder wärmedämmendes Schaumglas. Immerhin arbeitet die Firma Reiling in Marienfeld an Recyclingverfahren zur Gewinnung eines hochwertigen Granulats für die Glasindustrie. Reiling prüft auch intakte Altmodule, die trotz der geringen Wirkungsgrade etwa als günstige Solaranlagen an Fassaden oder in Parkscheinautomaten genutzt werden könnten. „Modulrecycling ist im Augenblick vorwiegend ein Downcycling, vielleicht mit Ausnahme der Aluminium-Rahmen“, sagt Cordula Wessendorf vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW).

Bild: Solar Materials. Rückgewinnung von Rohstoffen

Gleichwohl lassen sich die Recycling-Vorgaben der EU für Elektroschrott – unter diese Kategorie fallen alte Solarmodule – mühelos erreichen. Sobald die Altmodule gesammelt zum Entsorger gelangen, wird schon allein mit der Verwertung von Glas und Aluminium die Quote von 80 Prozent übertroffen. Die fragilen Solarzellen, in denen das dotierte Silizium mit Kontaktfingern aus Silber und Kunststoffen verbunden ist, werden meist geschreddert und die Kunststoffanteile verbrannt. Zurück bleibt eine körnige Masse für die Entsorgung.

Doch es geht auch präziser. Im europäischen Forschungsprojekt Photorama setzen zwölf Partner aus Forschung und Industrie auf eine automatisierte Demontage der Module. Dabei werden Glas und Solarzelle in einem speziellen Prozess – der sogenannten Delaminierung – von den verbauten Folien getrennt. In dem Konsortium steuert das Freiberger Unternehmen Lux Chemtech ein bereits patentiertes Verfahren bei, mit dem etwa Silizium und Indium aus Solarzellen in Methansulfonsäure aufgelöst und elektrochemisch voneinander getrennt werden können. Diese Methode ließe sich auch für die Rückgewinnung von Selen und Gallium nutzen.

Für ein Schlüsselproblem – die Trennung der Folien von den Siliziumwafern – setzt das Dresdner Unternehmen Flaxres auf kurze, intensive Lichtpulse aus einer Gasentladungslampe. Während der Blitze heizt sich der Wafer für den Bruchteil einer Sekunde um mehrere hundert Grad auf. Dabei verschmort und löst sich die Folie. Wird der Wafer zerbrochen, lassen sich die einzelnen Bruchstücke einfach von der Folie abkippen. Inzwischen arbeitet Flaxres daran, die Methode auf ein schnelles und effizientes Verfahren zu skalieren. Dabei bleiben die Gläser intakt und können als Ganzes wieder verwendet werden.

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Drohende Durststrecke

Bis zu 98 Prozent der Altmodule will das Magdeburger Unternehmen Solar Materials mit einem patentierten thermomechanischen Verfahren zurückgewinnen. Nicht nur Aluminium, Glasschichten, Kupfer und Silber, auch das Silizium könnte dem Wertstoffkreislauf wieder zugeführt werden. Dafür arbeitet die Firma mit dem Braunschweiger Startup Circular Silicon zusammen. Und in Frankreich setzt das Unternehmen Rosi Solar in Grenoble auf ein sogenanntes Pyrolyseverfahren, bei dem mit Wärme und einer chemischen Behandlung vor allem das Elektroden-Silber von den Wafern getrennt wird.

Die Gewinnung von reinem Silizium für neue Solarzellen ist zwar technisch machbar, aber schwierig und absehbar nicht wirtschaftlich. „Eine Rückführung von Silizium wieder in PV-Module sehe ich nicht“, sagt Fraunhofer-Forscher Obst. Denn zusätzlich zu den hohen Recyclingkosten ist das Silizium aus älteren Modulen oft mit Bor grunddotiert. Aktuelle Solarzellen nutzen dagegen mit Phosphor dotiertes Silizium. Doch immerhin ließe sich das alte, verunreinigte Silizium auf der Ebene des metallurgischen Siliziums – einer Vorstufe des Siliziums für Solarzellen – wieder in den Materialkreislauf einspeisen.

So stehen die Technologien für ein sehr weitgehendes PV-Recycling jedenfalls zur Verfügung. Mit immer mehr zu verwertenden Altmodulen könnten findige Unternehmen in den kommenden Jahren ihre Kapazitäten ausbauen und wirtschaftlich arbeiten. „Doch die Firmen sollten sich unbedingt auf ein weiteres Risiko vorbereiten“, warnt Obst. Denn der erste PV-Boom in Deutschland endete jäh 2011, viele magere Jahre mit sehr geringen Ausbauzahlen folgten. Diese Entwicklung wird sich auch auf die Mengen an Altmodulen auswirken. Um bis in die 2030er Jahre aufgebaute Kapazitäten langfristig wirtschaftlich nutzen zu können, sollte spätestens dann auch der Import von Altmodulen aus dem Ausland ins Auge gefasst werden. So könnte die drohende Durststrecke überbrückt werden. „Und ab den 2040er Jahren“, prognostiziert Obst, „geht es mit dem PV-Recycling wieder richtig los.“

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