تقنية جديدة لإعادة تدوير الألواح الشمسية تنتظرها السيارات الكهربائية

تتيح عملية إعادة تدوير الألواح الشمسية التي انتهى عمرها الافتراضي فرصًا ذهبية لاستعادة المواد القيمة، وتوفير فرص عمل جديدة عبر فتح آفاق لصناعات أخرى ذات صلة.

وبحلول نهاية العقد الجاري (2030)، ستلامس القيمة التراكمية للمواد الخام القابلة للاسترداد من الألواح المنتهية عمرها الافتراضي على مستوى العالم قرابة 450 مليون دولار، وهو ما يعادل تكلفة المواد الخام اللازمة حاليًا لإنتاج نحو 60 مليون لوح جديد، وفق أرقام للوكالة الدولية للطاقة المتجددة "آيرينا"، طالعتها منصة الطاقة المتخصصة.

وبديهيًا، تُسهم عملية تحويل الألواح الشمسية من مكبات النفايات إلى الأماكن المخصصة لإعادة التدوير في توفير مساحات بمكبات النفايات تلك، بالإضافة إلى الحصول على قيمة المواد الخام.

حمض الفوسفوريك

تتويجًا لتلك المساعي، طوّر فريق من الباحثين في سنغافورة طريقة فاعلة لاستعادة السيليكون عالي النقاء من الألواح الشمسية منتهية الصلاحية، وإعادة استعماله في تصنيع بطاريات الليثيوم أيون، وفق ما أورده موقع إي إي نيوز باور ee News Power.

واستعمل فريق الباحثين من جامعة نانيانغ التكنولوجية الرائدة في سنغافورة، حمض الفوسفوريك -مادة شائعة الاستعمال في صناعة الأغذية والمشروبات- بمثابة كاشف كيميائي بدلًا من استعمال مواد كيميائية عديدة لإعادة تدوير الألواح الشمسية.

سيليكون عالي النقاء

تتيح تلك الطريقة -أيضًا- معدل استعادة سيليكون ودرجة نقاء عاليين جدًا، مقارنةً بتقنيات استعادة السيليكون التقليدية المطبقة في الوقت الراهن.

ويُشكل السيليكون عالي النقاء غالبية الألواح الشمسية، ومع ذلك يُهمل عادةً في نهاية عمره الافتراضي التشغيلي، وتحديدًا بعد مدة تتراوح من 25 إلى 30 عامًا.

وتنطوي عملية فصل السيليكون عن مكونات الألواح الشمسية الأخرى -مثل الألومنيوم والنحاس والفضة والرصاص والبلاستيك- على تحديات عدة، كما يحتوي السيليكون المعاد تدويره على العديد من الشوائب والعيوب، ما يجعله غير صالح للتقنيات الأخرى القائمة على السيليكون.

ويُؤخذ على الطرق الحالية لاستعادة السيليكون عالي النقاء بأنها تستهلك الكهرباء بكثافة، كما أنها تشتمل على مواد كيميائية عالية السمية، ما يجعلها باهظة التكلفة، بالإضافة إلى تقييد استعمالها على نطاق واسع بين الشركات العاملة في مجال إعادة تدوير الألواح الشمسية.

مزايا التقنية

يقول الأستاذ المساعد، رئيس قسم علوم وهندسة المواد مدير معهد أبحاث الطاقة في جامعة نانيانغ التكنولوجية نريبان ماثيوز: إن "إستراتيجيتنا لاستعادة السيليكون تتسم بالكفاءة والفاعلية، فلا يتعيّن علينا استعمال مواد كيميائية عديدة، ما يقلل الوقت الذي نقضيه عادةً في معالجة النفايات الكيميائية".

وأضاف: "في الوقت ذاته فإننا حققنا معدل استعادة عاليًا للسيليكون النقي، مقارنةً بالسيليكون المُنتَج عبر تقنيات استخلاص تستعمل كميات كثيفة جدًا من الكهرباء".

ويعني العمر الافتراضي للألواح الشمسية، البالغ قوامه 30 سنة، أن 78 مليون طن من الألواح الشمسية ستنتهي صلاحيتها بحلول أواسط القرن الحالي (2050).

ويعتقد فريق الباحثين في جامعة نانيانغ التكنولوجية، أن تقنية استعادة السيليكون التي توصل إليها قادرة على حل معضلة مخلفات الألواح الشمسية عبر الحفاظ على الموارد المُستعمَلة في تصنيع تلك الخلايا.

آلية التقنية

تشتمل تقنية استعادة السيليكون عالي النقاء من الألواح الشمسية منتهية الصلاحية، على نقع مخلفات الألواح الشمسية في حمض الفوسفوريك المخفف الساخن لمدة لا تزيد على 30 دقيقة، لإزالة المعادن (الألومنيوم والفضة) من أسطح تلك الألواح.

وتتكرر تلك العملية باستعمال حمض الفوسفوريك الطازج لضمان الإزالة الكاملة لهذين المعدنين، ما تنتج عنه رقائق السيليكون النقية في نهاية مدة أخرى لا تتجاوز 30 دقيقة -أيضًا-.

واستعمل الباحثون في جامعة نانيانغ التكنولوجية السنغافورية السيليكون المُستخلص من الألواح الشمسية المعاد تدويرها في أنود بطارية ليثيوم أيون، واختبار كفاءتها.

وأظهرت التحليلات الطيفية، أن عينة السيليكون حققت معدل استرداد نسبته 98.9%، بدرجة نقاء نسبتها 99.2%، قياسًا بالسيليكون الذي يجري استخلاصه من خلال الطرق المتاحة حاليًا.

وعند إعادة تدوير السيليكون وزرعه في أنود بطارية ليثيوم أيون واختبار كفاءته، كان أداؤه مشابهًا للسيليكون الجديد الذي تم شراؤه تجاريًا.

وفي هذا الصدد، قال الزميل الباحث في معهد أبحاث الطاقة في جامعة جامعة نانيانغ التكنولوجية سيم ينغ: "الأداء المقارن بين بطارية الليثيوم أيون المصنعة من السيليكون المعاد تدويره وبطارية الليثيوم أيون المصنعة من السيليكون الذي تم شراؤه تجاريًا، يبرهن على أن التقنية المتبعة في جامعة نانيانغ التكنولوجية ذات جدوى".

وأوضح ينغ: "نرى طريقة استعادة السيليكون النقي والرخيص المعاد تدويره، خُطوة إيجابية لعملية تطوير بطاريات السيارات الكهربائية".

وتابع: "بخلاف السيارات الكهربائية هناك -أيضًا- تطبيقات محتملة عديدة مثل الأجهزة الكهربائية الحرارية".

سوق إعادة تدوير الألواح الشمسية

من المتوقع أن تنمو سوق إعادة تدوير الألواح الشمسية من 0.36 مليار دولار في العام الجاري (2023) إلى 1.72 مليار دولار بحلول عام 2028، وفق ما ورد في تقرير نشرته مؤسسة "ريسيرش أند ماركتس" Research and Markets.

وأوضح التقرير، الذي يحمل عنوان "إعادة تدوير الألواح الشمسية.. سوق عالمية"، أن هذا النمو الواسع يعادل نموًا سنويًا مركبًا نسبته 36.8%.

وأشار التقرير إلى أن سعة الكهرباء العالمية المولدة من الطاقة الشمسية تمضي في مسار صعودي ملحوظ، بمتوسط معدل نمو سنوي لامس 22% منذ العام قبل الماضي (2021).

ومن المتوقع -أيضًا- أن تشهد سعة الكهرباء العالمية المولدة من الطاقة الشمسية صعودًا نسبته 25% بحلول عام 2028، وفق التقرير.

وتستأثر الطاقة الشمسية -حاليًا- بأكثر من 3% من مزيج الكهرباء العالمي، ما يسلط الضوء على الهيمنة المتزايدة لمصادر الطاقة المتجددة.

موضوعات متعلقة..

• سوق الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون تلامس 4 مليارات دولار (تقرير)
• سوق الألواح الشمسية العائمة تسجل 181 مليار دولار بحلول 2030 (تقرير)
• سوق إعادة تدوير الألواح الشمسية تلامس 1.72 مليار دولار بحلول 2028 (تقرير)

اقرأ أيضًأ..

• أكبر 5 صفقات نفط عالمية في أغسطس تشهد صدارة مصر وليبيا
• السعودية تضخ استثمارات مليارية لتوطين صناعة الألواح الشمسية والصلب الأخضر
• معمل بقيق.. منشأة سعودية عمرها 70 عامًا توفر 5% من إمدادات النفط العالمية