引用格式: Rabaia, M., Shehata, N., Olabi, V., Abdelkareem, M., Semeraro, C., Chae, K., Sayed, E. 2024. Enabling the circular economy of solar PV through the 10Rs ofsustainability: Critical review, conceptualization, barriers, and role inachieving SDGs. Sustainable Horizons 11, 100106.
近期，阿联酋沙迦大学 Mohammad Ali Abdelkareem 教授团队及韩国海事海洋大学 Kyu-Jung Chae 教授团队等在 Sustainable Horizons 联合发表综述文章，深入回顾并探讨了旨在达成可持续发展目标（SDGs）及全球循环经济目标的可持续发展实践措施——10Rs原则的实际应用情况，尤其聚焦于其在推动光伏产业向循环经济转型中的作用。
团队详尽阐述了10Rs的实践进展，着重澄清了一些关键概念上的常见误解，比如循环利用原则、拆解技术与回收原则之间的细微差别。通过提供一系列详细且实用的方法论，文章为成功打造循环经济模式下的可持续光伏产品（Circular economy, CE）提供了宝贵指导，有效填补了光伏领域学术研究与行业实践之间的知识鸿沟。
文章亮点
Highlight
• The photovoltaics’ circular economy was thoroughly explained and discussed.
• The PV’ circular economy using the 10Rs of sustainability was analysed in detail.
• The impact of the PV’ circular economy using the 10Rs of sustainability on the SDGs was elaborated.
研究背景
Background
随着全球对可持续发展和环境保护意识的增强，太阳能光伏（photovoltaic, PV）技术作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛的关注和应用。然而，光伏产业的快速发展也带来了一系列的环境问题，特别是在光伏组件的废弃处理阶段。传统的线性经济模式往往忽视了光伏组件的循环利用潜力，导致大量的资源被浪费，并且可能对环境造成潜在的污染。光伏组件的寿命通常在25-30年左右，这期间需要定期的维护和修理。然而，在光伏项目达到其使用寿命末期时，大量的光伏组件将面临废弃处理的问题。传统的处理方式往往是将其拆解并丢弃到垃圾填埋场或焚烧厂，这不仅浪费了宝贵的资源，还可能对环境和人类健康造成危害。
循环经济模式强调资源的循环利用和废弃物的最小化，通过设计可持续的产品和服务体系，以及建立废弃物回收和再利用的闭环系统，实现经济、社会和环境的协调发展。在光伏产业中，循环经济模式的具体实践可以包括光伏组件的再利用、修理、翻新、再制造、回收和原料恢复等环节，从而延长光伏组件的使用寿命，减少废弃物的产生，并创造新的经济价值（图1），即“10Rs” (Refuse, Rethink, Reduce, Reuse, Repair, Refurbish, Remanufacture, Repurpose, Recycle, and Recover, 10Rs of Sustainability principles) 。
图1 10Rs principles of sustainability and the targets of Photovoltaics’ Circular Economy.
研究方法
Method
研究团队对光伏产业的循环经济研究进行了全面的梳理和总结，深刻剖析了当前研究的局限性与未来探索的新趋势。借助丰富的案例分析，文章详尽展示了循环经济模式在光伏产业中的实际应用场景与成效。比如，阐述了一家光伏制造企业开展的组件回收与再利用项目，该项目在废弃物减量、经济价值创造及社会效益提升方面的积极成果。
进一步地，团队创新性地构建了光伏组件全生命周期的循环经济模型，该模型综合考量了从制造、运营、维护直至废弃处理的各阶段，以及其间资源流转与环境影响的复杂关联。依托此模型，研究者能够科学评估多种循环经济策略的实施效果，进而优化策略设计与执行路径。团队还通过搜集并分析实证数据，有力验证了循环经济模型的有效性与实用性，为论文最终结论及政策建议奠定了坚实基础。
图2 Objectives and Barriers for implementing 10Rs of sustianbaility in the PV industry.
结果与讨论
Result and Discussion
研究结果显示，循环经济模式在光伏产业领域内展现出卓越的经济与环境双重效益。实施循环经济策略，能够有效延长光伏组件的使用寿命，显著减少废弃物生成，进而减轻环境污染并降低资源消耗。同时，循环经济还开辟了新的经济增长点，比如，通过回收并再利用光伏组件中的核心材料，可获取颇为可观的经济收益（图3）。
具体而言，采取再利用（R4）、修理（R5）、翻新（R6）及再制造（R7）等循环经济措施，可以大幅度延长光伏组件的服役期限，并减少对新型组件的市场需求。此举不仅有助于缩减光伏项目的运营成本，还进一步减少了资源消耗及环境污染。此外，通过实施回收（R9）与原料恢复（R10）策略，能够从废弃的光伏组件中高效回收关键材料，并将其用于生产新的光伏组件或其他产品。这种做法不仅创造了经济价值，还极大地减少了对原材料的新增需求，进一步降低了资源消耗及环境污染，实现了经济效益与环境效益的双赢。
图3 Applicable areas for the 10Rs of sustainability within the Photovoltaics’ industry.
然而，在实施循环经济策略于光伏产业中时，难免会遇到一系列挑战与限制（图4）。具体而言，尽管延长光伏组件的使用寿命看似有益，却可能意外地减缓技术革新的步伐，进而制约新型光伏技术的推广与应用。此外，成功推行循环经济策略还需跨越技术瓶颈、经济成本、政策配套及市场接纳等多重难关。为此，强化政府、企业、研究机构等关键利益相关方的协同合作，成为破解难题、推动策略落地的关键所在。
图4 The challenges toward the implementation of the 10Rs in photovoltaic industry into SDG9.
总结与展望
Summary & Prospect
循环经济模式在光伏产业领域内展现出显著的经济与环境效益，其通过实施再利用、修理、翻新、再制造、回收及原料恢复等一系列循环经济策略（即10Rs原则），不仅有效延长了光伏组件的使用寿命，减少了废弃物排放，降低了环境污染与资源消耗，还创造了新的经济价值，为光伏产业的可持续发展注入了强劲动力。
鉴于此，作者团队联合强烈呼吁各国政府加大政策扶持力度，出台更多有利于光伏产业循环经济发展的法规与措施，如提供财政补贴、税收减免及融资便利等，以营造更加有利的外部环境。同时，企业也应积极响应，加强技术创新与研发投入，不断推动循环经济技术的迭代升级，提升光伏组件的循环利用率与资源使用效率，为行业的绿色发展贡献力量。此外，社会各界亦需提高对光伏产业循环经济发展的关注度，通过加大宣传与教育力度，增强公众对循环经济的认知与参与度，共同营造良好的社会氛围。光伏产业的循环经济发展，不仅承载着重要的经济与环境价值，更是推动全球能源转型与可持续发展的关键一环。因此，政府、企业、研究机构等利益相关方需携手并进，共同努力，为实现光伏产业的可持续发展贡献力量。
致谢
Acknowledgement
This work was supported by the University of Sharjah, Project No. 22020406188. Also this research was supported by Korea Basic Science Institute (National research Facilities and Equipment Center) grant funded by Ministry of Education (grant No. 2022R1A6C101B738).
Mohammad Ali Abdelkareem got his PhD from Japan in 2008. Right now, he is professor in Sustainable and Renewable Energy Engineering Department, University of Sharjah, UAE. He is working on the development of the different renewable energy resources, thermofluids, and electrochemical devices that can be used in wastewater treatment and water desalination. Moreover, he is working on the development of the electrodes for the different electrochemical energy conversion/storage devices, such as direct methanol fuel cells, direct urea fuel cells, microbial fuel cells, and supercapacitors. Professor Mohammad published more than 300 manuscripts in SCI indexed journals.
Kyu-Jung Chae is a Full Professor of Environmental Engineering at Korea Maritime and Ocean University, and also serves as a Vide-Dean of the College of Ocean Science and Engineering. He completed his PhD in environmental engineering from Gwangju Institute of Science and Technology(GIST), South Korea, 2010. He has led more than 50 research projects, published 105 papers for highly ranked journals and achieved 40 patents (as of Feb. 2022). Prof. Chae’s areas of expertise span a wide range of environmental science and technology, including bioelectrochemical cells, biohydrogen, advanced wastewater treatment, environmental nanomaterials, and marine pollution and its control. He is also serving as an Associate Editor for many internationally renowned journals including Environmental Engineering Research journal.
University of Sharjah: It was established in October 1997 by its founder the ruler of Sharjah Sheikh Dr. Sultan bin Muhammad Al-Qasimi to meet the emirate of Sharjah's aim of educational needs. The university goals constitute of becoming a leading academic institution in the Middle East and around the world.
韩国海事海洋大学（英文：Korea Maritime & Ocean University，韩文：국립 한국해양대학교）是一所以航运、物流、海洋、交通运输学科为特色的综合性国立大学。亚洲校园成员，是韩国具有重要影响力的航海院校，为韩国培养了大量的高级航海人才。
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期刊简介
Sustainable Horizons 是由宁波东方理工大学（暂名）、中国环境科学学会与爱思唯尔合作出版的开放获取期刊。期刊聚焦当前可持续发展研究热点，对标 SDGs，接收包括但不限于可持续环境/技术/健康/管理相关方向的优质研究成果。期刊现已发表多篇来自五大洲二十余个国家的高水平论文，文章普遍受到国内外的广泛关注，总下载量近八万次，全文浏览量近二十万，每篇文章平均引用次数超十次。
期刊已被 ESCI、Ei Compendex、GEOBASE、Scopus (CiteScore 6.6, CiteScore Tracker 8.2)、CNKI 等数十家国内外主流数据库收录，将于 2025 年 6 月迎来首个影响因子（IF）。当前一审时间约为 3 周，对于 2024 年 12 月 31 日以前接收的论文，将由期刊提供免费开源出版、图表美化以及语言润色服务。
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