Sakura P.
เปลี่ยนขยะพลังงานให้เป็นเงิน! นักวิจัยจีนคิดค้นเทคโนโลยีรีไซเคิลแผงโซลาร์เซลล์รุ่นใหม่ ช่วยลดคาร์บอนได้ถึง 80.42% พร้อมกู้คืนแร่มีค่าความบริสุทธิ์สูงออกมาชำแหละขาย สร้างกำไรหมุนเวียนได้อย่างยั่งยืน
จีนผุดนวัตกรรมรีไซเคิลแผงโซลาร์เซลล์แบบระบบปิด กู้คืนแร่มีค่าบริสุทธิ์ทะลุ 99%
คณะนักวิจัยจากประเทศจีนได้พัฒนาซอฟต์แวร์และกระบวนการรีไซเคิลแบบ 3 ขั้นตอน สำหรับแผงโซลาร์เซลล์ประเภทคริสตัลไลน์ซิลิคอน (c-Si) ที่หมดอายุการใช้งาน โดยกระบวนการนี้สามารถกู้คืนซิลิคอนความบริสุทธิ์สูง ทองแดง สารประกอบเงิน และวัสดุมีค่าอื่น ๆ กลับมาใช้ใหม่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ พร้อมทั้งยังสามารถนำสารเคมีที่ใช้ในกระบวนการกลับมาหมุนเวียนใช้ซ้ำได้อีกด้วย
ทั้งนี้ จากการประเมินวัฏจักรชีวิต (LCA) และการวิเคราะห์ทางเทคนิค-เศรษฐศาสตร์ (TEA) พบว่ากระบวนการดังกล่าวช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ถึง 80.42% เมื่อเทียบกับวิธีการรีไซเคิลแบบดั้งเดิม และสามารถสร้างผลตอบแทนที่เป็นกำไรได้ตั้งแต่ในขั้นตอนการจัดการเซลล์แสงอาทิตย์และแถบตะกั่วบัดกรี
กลุ่มวิจัยในประเทศจีนได้พัฒนากระบวนการรีไซเคิลรูปแบบใหม่สำหรับแผงโซลาร์เซลล์ประเภทคริสตัลไลน์ซิลิคอน (c-Si) ที่สิ้นอายุการใช้งาน โดยแบ่งออกเป็น 3 ขั้นตอนหลัก ได้แก่ การแยกวัสดุผสมด้วยของเหลวความหนาแน่นสูง (Heavy-liquid separation), การกัดด้วยเคมีบนเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar-cell etching) และการกัดด้วยเคมีบนแถบตะกั่วบัดกรี (Solder-strip etching) นอกจากนี้ คณะผู้วิจัยยังได้ทำการประเมินวัฏจักรชีวิตและวิเคราะห์ความเป็นไปได้ทางเศรษฐศาสตร์เพื่อวัดผลสัมฤทธิ์ของกระบวนการนี้อีกด้วย
“จากการทดลองอย่างเป็นระบบ เราได้ค้นพบกลไกการเกิดปฏิกิริยาหลัก ๆ ทั้งปฏิกิริยารีดอกซ์ ความสมดุลของสารประกอบเชิงซ้อน และการตกตะกอนด้วยปฏิกิริยาไฮโดรลิซิส ซึ่งการค้นพบนี้ช่วยวางรากฐานทางทฤษฎีที่สำคัญในการพัฒนาต่อยอดกระบวนการรีไซเคิลที่ใกล้เคียงกัน
ยิ่งไปกว่านั้น การเลือกใช้สารเคมีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ประสิทธิภาพการกู้คืนวัสดุที่ยอดเยี่ยม และศักยภาพในการหมุนเวียนสารเคมีกลับมาใช้ซ้ำในระบบปิด ล้วนช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและปูทางไปสู่การประยุกต์ใช้ในระดับอุตสาหกรรมได้อย่างมั่นคง” คณะนักวิจัยระบุ
ในการทดลอง ทีมวิจัยได้ใช้เศษวัสดุซึ่งประกอบด้วยอนุภาคกระจก เซลล์แสงอาทิตย์ และแถบตะกั่วบัดกรี ที่ได้รับการสนับสนุนจากบริษัทรีไซเคิลแห่งหนึ่ง โดยในขั้นตอนแรก วัสดุผสมเหล่านี้จะถูกแยกออกจากกันด้วยการใช้ของเหลวความหนาแน่นสูงประเภทซิงก์โบรมายด์ (ZnBr2) นักวิจัยสามารถควบคุมให้วัสดุแต่ละชนิดลอยหรือจมแยกออกจากกันได้ตามต้องการด้วยการปรับค่าความหนาแน่นของของเหลว ส่งผลให้สามารถกู้คืนเซลล์แสงอาทิตย์ได้มากกว่า 98% และกู้คืนแถบตะกั่วบัดกรีได้เกือบทั้งหมดก่อนจะนำไปเข้าสู่กระบวนการปรับปรุงในขั้นต่อไป
ขั้นตอนที่สอง เซลล์แสงอาทิตย์ที่แยกออกมาได้แล้วจะถูกนำไปบำบัดด้วยสารละลายอะลูมิเนียมคลอไรด์เฮกซาไฮเดรต (AlCl3 . 6H_2O) ร่วมกับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) ภายใต้สภาวะควบคุมอุณหภูมิและความดัน กระบวนการนี้จะช่วยลอกหน้าสัมผัสที่เป็นเงิน ชั้นอะลูมิเนียมด้านหลัง และสารเคลือบกันสะท้อนแสงประเภทซิลิคอนไนไตรด์ (Si3N4) ออกไป
โดยที่ยังคงรักษาแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่อยู่ชั้นล่างสุดเอาไว้ได้เป็นอย่างดี หลังจากการทดสอบปรับเปลี่ยนตัวแปรต่าง ๆ คณะวิจัยพบว่าสภาวะที่ดีที่สุดคือ การใช้สารละลาย AlCl3 . 6H_2O ที่ความเข้มข้น 1.2 โมลต่อลิตร, ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้มข้น 2.0%, อุณหภูมิ 200 องศาเซลเซียส และใช้เวลาบำบัด 120 นาที
ขั้นตอนที่สาม แแถบตะกั่วบัดกรีที่แยกออกมาได้จะถูกนำไปบำบัดด้วยสารละลายคอปเปอร์คลอไรด์ไดไฮเดรต (CuCl_2 . 2H2O) เนื่องจากแถบเหล่านี้มีโครงสร้างเป็นแกนทองแดงที่เคลือบด้วยโลหะผสมระหว่างดีบุกและตะกั่ว (Pb-Sn)
เป้าหมายของขั้นตอนนี้จึงเป็นการลอกเอาตะกั่วและดีบุกออกไปโดยไม่ทำลายแกนทองแดงด้านใน โดยสภาวะที่เหมาะสมที่สุด คือ การใช้ CuCl2 . 2H2O เข้มข้น 0.4 โมลต่อลิตร ความเร็วในการกวน 600 รอบต่อนาที ใช้เวลา 15 นาที และทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียส
ผลลัพธ์จากกระบวนการทั้งหมดนี้ทำให้ได้ซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์สูงถึง 99.997%, ซิลเวอร์คลอไรด์ (AgCl) ที่มีความบริสุทธิ์ 99.64% โดยมีประสิทธิภาพในการกู้คืนแร่เงินสูงถึง 80.07%, สามารถกู้คืนอะลูมิเนียมในรูปแบบสารละลาย และได้แถบทองแดงที่มีความบริสุทธิ์สูงถึง 99.99%
นอกจากนี้ กระบวนการดังกล่าวยังได้ผลพลอยได้ (By-products) เป็นทินออกไซด์ (SnO2) และเลดซัลเฟต (PbSO4) จากแถบตะกั่วบัดกรี ที่สำคัญ สารละลาย CuCl2 ที่ใช้กัดก็สามารถนำกลับมาปรับสภาพและเวียนใช้ซ้ำได้สำเร็จ ซึ่งช่วยเพิ่มความยั่งยืนให้กับกระบวนการเป็นอย่างมาก
เมื่อประเมินด้านสิ่งแวดล้อมและเศรษฐศาสตร์ พบว่ากระบวนการนี้สามารถลดการปล่อยคาร์บอนลงได้ถึง 80.42% เมื่อเทียบกับวิธีแบบดั้งเดิม ส่วนผลวิเคราะห์ความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ คณะผู้วิจัยระบุว่า “ผลกำไรจากการรีไซเคิลในขั้นตอนการแยกด้วยของเหลวความหนาแน่นสูง, การบำบัดเซลล์แสงอาทิตย์ และการบำบัดแถบตะกั่วบัดกรี อยู่ที่ประมาณ -1.40 บาทต่อกิโลกรัม (-0.04 ดอลลาร์สหรัฐ), 271.60 บาทต่อกิโลกรัม (7.76 ดอลลาร์สหรัฐ) และ 168.35 บาทต่อกิโลกรัม (4.81 ดอลลาร์สหรัฐ) ตามลำดับ”
คณะวิจัยได้อธิบายเพิ่มเติมว่า สาเหตุที่ขั้นตอนการแยกด้วยของเหลวความหนาแน่นสูงแสดงผลกำไรเป็นติดลบนั้น เกิดจากวิธีคิดทางบัญชีที่ใช้ในการวิเคราะห์ เนื่องจากในการคำนวณขั้นตอนนี้ ทีมงานได้นับเฉพาะมูลค่าการกู้คืนของเศษกระจกเท่านั้น ส่วนมูลค่าทางเศรษฐกิจของเซลล์แสงอาทิตย์และแถบทองแดงบัดกรีที่แยกออกมาได้ จะถูกยกไปนับรวมเป็นรายได้ในขั้นตอนการบำบัดเฉพาะทางของวัสดุนั้น ๆ แทน
งานวิจัยเทคโนโลยีใหม่นี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการ Journal of Cleaner Production โดยเป็นผลงานความร่วมมือของคณะนักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Sun Yat-sen University และมหาวิทยาลัย China University of Mining and Technology ประเทศจีน
ที่มา pv-ma gazine, ภาพที่แสดงเป็นภาพประกอบเท่านั้น
