【论文链接】
https://doi.org/10.1016/j.solener.2024.112933
【作者单位】
澳大利亚皇家墨尔本理工大学
【论文摘要】
近年来，光伏（PV）技术作为全球范围内化石燃料的可持续替代方案，其应用经历了指数级增长。然而，缺乏有效的废物管理政策阻碍了光伏组件的高效处理和回收实践。在缺乏有效政策的情况下，预计全球范围内达到使用废旧（EoL）的光伏组件将在2030年代初达到一个临界点。本研究基于文献和工业数据构建的综合数据库，采用生命周期评估（LCA）方法，探讨了不同使用废旧管理实践对环境的影响。研究以澳大利亚为案例，针对1000公斤晶体硅光伏组件考虑了五种不同的使用废旧场景，同时考虑了能源回收选项，并强调了经济效益。全面的生命周期评估研究表明，与降级回收相比，升级回收能显著减少环境影响，而化学处理则成为首选方案，显示出更低的环境负担。不过，基于化学处理的光伏回收过程中使用的有毒化学品需要重新考虑。此外，在光伏组件回收的金属回收过程中使用的化学品造成了最高的环境负担，这表明有必要转向更环保的处理方法。本研究将有助于确定最佳的使用废旧晶体硅组件回收选项，为可持续废物管理做出贡献。
【实验方法】
方法：
关于光伏组件回收的生命周期评估（LCA）研究，大多数都基于机械剥离法的晶体硅组件回收选项，而仅有少数研究聚焦于不同光伏回收选项之间的比较。然而，这些比较研究存在一些明显的不足，尤其是在涵盖光伏回收选项的不同阶段方面。此外，以往的研究中还没有对比过不同低级别回收燃料（LGRF）选项对光伏组件环境影响的比较。因此，本文将全面比较不同的使用废旧晶体硅组件管理选项，包括升级回收和降级回收选项。本研究可以作为一项基础研究，为进一步与新回收选项、改进后的回收阶段进行比较，以及识别现有回收方法中的热点问题提供基础。本文采用来自文献的综合数据集来评估使用废旧光伏管理选项的环境利弊，同时以澳大利亚为案例研究，虽然来自行业的数据有限。因此，本研究对于帮助决策者和利益相关者全面了解不同使用废旧管理选项对晶硅光伏组件的环境影响至关重要。它还强调了每个使用废旧光伏组件管理选项内不同回收阶段的环境影响，为制定减轻环境损害的新策略提供了见解。
【图文摘取】
【主要结论】
本研究通过生命周期评估（LCA）探索了不同的使用废旧晶体硅光伏废弃物管理场景，考虑了五种不同的使用废旧晶体硅光伏管理选项：填埋、低级别回收燃料（LGRF，包括机械处理和红外处理）和燃料回收（包括机械燃料回收MFR、化学燃料回收CFR和热解燃料回收TFR）。本研究选择了澳大利亚光伏行业进行光伏废弃物统计并开发了生命周期清单（LCI）。针对澳大利亚预计到2035年的使用废旧晶体硅组件，进行了经济效益分析，以评估回收选项的经济可行性。基于LCA和经济效益分析的结果，可以得出以下结论：
• 与填埋相比，本研究考虑的所有回收选项均减少了环境影响。
• 使用废旧晶硅组件的升级回收比降级回收带来了更多的环境和经济效益，但必须进一步关注化学品的使用、运输和能源消耗。
• 化学燃料回收（CFR）过程似乎提供了相对较高的环境效益，但必须全面评估化学品的毒性。此外，假设回收后甲苯可再利用，但这需要进一步的实际数据来探索。
• 机械燃料回收（MFR）和热解燃料回收（TFR）方法涉及乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）和背板焚烧，造成了更多的环境损害。
• 在剥离后的金属回收阶段使用的化学品（如硝酸HNO₃）对环境造成了严重损害。因此，需要探索环保的金属回收选项，以减轻环境负担。
• 材料运输对总环境负担有很大影响，因此需要为使用废旧晶硅组件建立有效的收集和处置框架。
• 由于回收效率较低和能源需求较高，LGRF场景02产生了更高的环境负担。
• 到2035年，澳大利亚将产生价值约4000万澳元的废旧晶硅组件，其中通过LGRF和燃料回收可分别节省2600万澳元和3870万澳元。这凸显了政府在推广回收实践而非填埋方面的潜在经济效益。
• 通过回收使用20千吨废旧晶硅组件，LGRF和燃料回收可分别避免的最大CO₂成本约为154万澳元和231万澳元，这证明了回收相比填埋的重要性。这显示了回收在环境和经济方面的显著优势，强调了政府政策支持和激励可持续回收实践的重要性。
本研究为不同领域带来了诸多益处。对政府而言，它通过改进废弃物管理实践支持循环经济，凸显了经济优势。对行业而言，本研究提供了更可持续的回收实践见解，并鼓励了符合循环经济原则的技术进步。对学术界而言，它鼓励了对新的和混合回收选项的进一步研究和比较，有助于更广泛地理解和实施循环经济战略。
本研究使用了文献中的数据，并辅以有限的行业来源的补充数据和见解。因此，为了提高结果的效率，必须利用涵盖光伏组件回收所有阶段的综合行业数据。为确保全面分析，未来的研究应旨在包含所有光伏组件，同时考虑光伏组件回收设施的建设和运营方面。
