【光伏组件回收】CEJ: 回收废晶硅光伏组件的生命周期评价：传统与绿色溶剂回收工艺的比较—Yuxiu Duan

文摘 2024-12-26 18:30 北京

【论文链接】

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157132

【作者单位】

南京师范大学等

【论文摘要】

达到使用寿命终点的晶体硅光伏（PV）组件，若未能得到有效回收，将导致硅、银、铝等宝贵资源的流失。此外，处理不当还可能引发长期的环境污染。因此，开发高效且环保的废旧光伏组件回收技术已成为当前研究的重点。本研究采用ReCiPe 2016中点评价方法，对绿色溶剂回收（GSR）和传统回收技术进行了生命周期评估（LCA）。比较分析了两种回收技术所消耗的能量和资源以及产生的环境影响，并计算了它们的资源回收效益。结果表明，GSR在环境影响方面表现良好，在资源回收效益方面表现更佳。与使用硝酸的化学回收方法相比，采用1,3-二甲基-2-咪唑啉酮（DMI）溶剂进行浸出可减少487千克二氧化碳当量的全球变暖潜能值。与通过机械分离回收的金属相比，深共熔溶剂（DES）的浸出率高达99%，并且可减少742千克1,4-二氯苯（1,4-DCB）造成的陆地生态毒性。在所有能源和资源投入中，电力消耗对环境影响最大。综上所述，本研究为光伏产业提供了一种更加环保且高效的回收解决方案，支持其绿色转型和可持续发展。

【实验方法】

分离试验：

本研究采用的回收过程包括以下步骤：第一步是机械拆卸。使用机械设备固定光伏组件，并通过机械传动系统水平拉动固定在光伏组件框架上多个位置的机械部件，从而卸下组件的每个框架。同时，使用刀片移除组件背面的接线盒。第二步是DMI溶剂浸出。将DMI预热至150℃，然后将光伏组件浸入有机溶剂DMI中45分钟。该反应会溶解乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA），破坏其界面结合，使玻璃、电池片、背板和焊带分离。通过加热，可进一步溶解各组件表面残留的EVA。第三步是DES溶剂浸出。首先，将盐酸甜菜碱在80℃下真空干燥120分钟，制备DES溶剂。然后，将盐酸甜菜碱与乙二醇按1:6的摩尔比混合，并在恒温油浴中加热至100℃。搅拌混合物直至盐酸甜菜碱完全溶解，形成透明的淡黄色盐酸甜菜碱低共熔离子液体。接着，将晶体硅电池片浸入100℃的DES溶液中45分钟。浸出反应后，向溶液中加入一定量的去离子水。通过过滤将沉淀物从浸出液中分离出来，并提取银。使用碱性溶液溶解铝组件，获得氢氧化铝，进一步将其热解为氧化铝，最后通过电解还原为金属铝。

【图文摘取】

【主要结论】

本研究强调了使用绿色有机溶剂回收废旧晶体硅光伏组件的环境影响，并与传统回收方法进行了比较。主要发现如下：

（1）环境影响：绿色溶剂回收具有最低的环境影响，而化学回收的环境影响最高。机械回收的主要环境问题是电力消耗，而热回收的主要环境影响则来自电力使用和废气排放。在化学回收中，化学品和电力的消耗以及废物的排放都是重要的影响因素。

（2）分层阶段：在所有指标中，使用1,3-二甲基-2-咪唑啉酮（DMI）进行溶剂浸出的环境影响最小。相比之下，使用硝酸的全球变暖潜能值（GW）是DMI的1.7倍。组件分离阶段：深共熔溶剂（DES）浸出在所有环境指标上的影响最低，特别是在总能耗（TEC）和人类非致癌毒性（HNCT）方面，其全球变暖潜能值比机械分离低2.9倍。

（3）资源回收效益：绿色溶剂回收实现了最大的回收效益，而化学回收和热回收的回收效益较小。尽管机械回收在某些类别的环境影响上较低，但其较低的回收率和材料纯度降低了其整体回收效益。敏感性分析显示，绿色溶剂回收对变化最不敏感，且环境影响随着运输距离的增加而增加。总的来说，所提出的绿色溶剂回收技术表现出优异的环境性能，为传统方法提供了可行的替代方案。它促进了光伏产业的绿色转型和可持续发展。未来的研究将重点关注经济方面，以优化环境效益和成本效益之间的平衡。

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