TNO intensiveerde de afgelopen jaren het onderzoek naar design for recycling en circularity van zonnepanelen. Er lopen inmiddels diverse nationale en internationale innovatieprojecten op dit gebied, vele met TNO in de lead. Welke mijlpalen zijn daarbij genoteerd en hoe gaan deze zich vertalen in de producten van de toekomst?

Het overgrote deel van de zonnepanelen van nu is slecht te recyclen vanwege de wijze waarop ze in elkaar zitten. TNO wil daar verandering in brengen. Door het terugwinnen en hergebruik van componenten en materialen wordt immers verspilling van energie en kritische grondstoffen voorkomen. Europese en Amerikaanse zonnecel- en modulefabrikanten kunnen zo bovendien een alternatief bieden voor modules die in Azië worden gemaakt.

Optimale ontmanteling

“Voor ons startte het onderzoek gericht op design for recycling van zonnepanelen vier jaar geleden”, aldus Martin Späth, senior consultant en projectmanager PV-technologie bij TNO. “Daarin waren we uniek. Nog niet veel partijen hielden zich hiermee bezig, zeker niet waar het om de daadwerkelijke ontwikkeling van nieuwe producten ging. Het grote probleem bij de recycling van zonnepanelen – en dat gaat altijd vooraf aan circulariteit – wordt gevormd door de encapsulant. Die verankert de zonnecellen stevig in de module. Tegelijkertijd maakt die een optimale ontmanteling van afgedankte modules uitermate lastig. Wij kwamen met een oplossing.”

Release encapsulant

TNO ontwikkelde, samen met industriële partners, een nieuwe verbindingslaag voor zonnepanelen: de release encapsulant. Het voordeel – zoals de naam suggereert – is dat die eenvoudig te verwijderen is bij de recycling van zonnepanelen. Daardoor kunnen de componenten en materialen volledig van elkaar gescheiden worden, zonder dat er complexe energievretende en milieuvervuilende processen aan te pas komen. De release encapsulant wordt inmiddels uitgebreid getest en doorontwikkeld voor verschillende zonnecellen.

Recyclebare kunststof

Momenteel lopen zes innovatieprojecten op het gebied van recycling en circulariteit van zonnepanelen waarbij TNO in de lead is of aan deelneemt. Allereerst noemt Späth PANGEA. In dit Nederlandse project wordt gewerkt aan een silicium zonnepaneel met een PFAS-vrije recyclebare kunststof backsheet en de release encapsulant. Het is de bedoeling dat componenten bij einde leven opnieuw kunnen worden ingezet voor de productie van nieuwe. Daarnaast wordt de mogelijkheid om de zonnecellen gedurende de bedrijfsfase te vervangen door een volgende generatie beter presterende zonnecellen onderzocht, wat uiteraard consequenties heeft voor de milieu-impact over het hele leven van de module.

Optimale ontmanteling

“Daarnaast werken we binnen internationale consortia aan de recyclebare zonnepanelen van de toekomst”, vertelt Späth. “Zo testen we onze release encapsulant bij toepassingen in een tandem triple junction silicium zonnepaneel met twee perovskiet toplagen in het EU Horizon-project TRIUMPH(opent in nieuw venster) (verwijst naar een andere website). Daarbij kijken we naar een optimale ontmanteling voor het terugwinnen van de componenten. Nog zo’n Europees project is PILATUS(opent in nieuw venster) (verwijst naar een andere website). Hierin wordt een pilotline gebouwd voor de productie van heterojunctie Interdigited-Back-Contact (IBC) tunnelzonnecellen en -panelen. TNO focust hierbij op het toepassen van niet fossiel geproduceerde encapsulanten en het gebruik van onze release encapsulant. Dat alles gaat uiteraard gepaard met critical raw material analyses en het beoordelen van de effecten op het milieu.” Lees hier meer over project PILATUS.

Baanbrekende technologie

Späth noemt nog drie Nederlandse projecten waarin het hergebruik van afgedankte zonnepanelen centraal staat. Zo initieerde TNO Si-nfinity. Dat richt zich op de optimalisatie van de milieu-impact van zonnepanelen middels het ontwikkelen van baanbrekende technologie voor het terugwinnen van silicium en andere materialen zoals zilver. HERO staat in het teken van opnieuw benutten van pv-glasplaten in een gebouw geïntegreerde pv-toepassing. En binnen ‘Repair mend to be’ ligt de focus op de het creëren van een innoverende glasreparatietechniek voor beschadigde zonnepanelen. TNO kan daarbij onder andere terugvallen op zijn ervaring als ontwikkelaar van het reparatiemateriaal voor de ‘Carglass-technologie’. Ook hiermee toont TNO zich volgens Späth een toonaangevend kennisinstituut op het gebied van recycling en circulariteit in de globale zonne-energiemarkt.

Grote stappen

Späth: “De ontwikkeling van onze release encapsulant was daarbij een absolute mijlpaal. ‘Die doet wat hij moet doen. Hij wordt bovendien via onze industriële innovatiepartners in verschillende type zonnepanelen onderzocht om naar de markt te brengen. Zover is het nog niet, maar het komt eraan. Daarnaast zetten we grote stappen in de terugwinning van materialen, bijvoorbeeld silicium. Wat betreft zuiverheid zitten we in een learning line naar solar grade kwaliteit en we zijn goed op weg. We kunnen nu al silicium uit afgedankte modules halen dat geschikt is voor hergebruik in anodes van autobatterijen. Met dit soort successen op het gebied van recycling en circulariteit van zonnepanelen weet de industrie- en onderzoekswereld ons inmiddels echt wel te vinden.”

Onderdeel samenleving

Het werk van Späth en zijn collega’s staat in de internationale spotlights. Tegelijkertijd benadrukt hij dat TNO meer is dan een ontwikkelaar van innovatieve technologie. Zo wijst hij onder andere op de samenwerking met overheden, bijvoorbeeld in het kader van relevante beleidsvorming voor de opbouw van een recyclingketen voor pv-glas. “Daarnaast adviseren we startups en grote bedrijven in binnen- en buitenland die hun ideeën op het gebied van recycling en duurzame producten willen toetsen. En samen met Stichting OPEN deden we bijvoorbeeld een kosten-batenanalyse voor hedendaags recycling van zonnepanelen. We pakken kortom ook onze rol aan de financieel-economische kant van de zaak, als een kennisinstituut dat onderdeel is van onze samenleving en zijn maatschappelijke verantwoordelijkheid wil nemen.”