Fotovoltaik (PV) Panel Atık Hacimleri-1

08 Temmuz 2020

Özet

Güneş fotovoltaik (PV) kullanımı 2000’li yılların başından bu yana benzeri görülmemiş oranlarda büyüdü. Küresel PV piyasası arttığı için hizmet dışı bırakılan PV panellerinin hacmi de artmıştır ve 2030’ların başında büyük miktarlarda yıllık bazda “teknoloji kullanım dışı ürünler” öngörülmektedir.

Büyüyen PV panel kullanım dışı ürünleri yeni bir çevresel zorluk ortaya çıkarırken, aynı zamanda değer yaratma ve yeni ekonomik yollar peşinde koşma konusunda eşi görülmemiş fırsatlar sunmaktadır.

Bu çalışma, Uluslararası Yenilenebilir Enerji Ajansı (IRENA) ve Uluslararası Enerji Ajansı Fotovoltaik Güç Sistemleri Programı (IEA-PVPS) verilerine dayalı olarak PV panel atık hacimlerinin 2050 yılına kadar verilerini ortaya koymaktadır.

Yaklaşık 30 yıllık kullanım ömrünün sonunda PV panelleri, 2050 yılına kadar küresel olarak 78 milyon ton hammadde ve diğer değerli bileşenlerin tahmini stokunun kilidini açabilir. 2050 yılına kadar ekonomiye tamamen aktarılabilirse, geri kazanılan malzemenin değeri 15 USD’yi aşabilir.

Giriş

Küresel kurulu PV kapasitesi 2015 yılı sonunda 222 gigawatt’a (GW) ulaştı ve 2050 yılına kadar 4.500 GW’a yükselmesi bekleniyor. O zamana kadar Çin’de 1.731 GW, Hindistan’da 600 GW özellikle yüksek kümülatif dağıtım oranlarının, Amerika Birleşik Devletleri’nde (ABD) 600 GW, Japonya’da 350 GW ve Almanya’da 110 GW olacağı öngörülmektedir.

Küresel PV pazarı arttıkça, hizmet dışı bırakılan PV panellerinin hacmi de artacaktır. 2016 yılı sonunda, birikimli küresel PV atık akımlarının 43.500-250.000 metrik tona ulaşması beklenmektedir.

Bu, kurulu tüm panellerin (4 milyon metrik ton) kümülatif kütlesinin %0.1-0.6’sıdır. Bu arada, PV atık akımları sadece daha da artmak zorundadır.

Ortalama 30 yıllık panel ömrü göz önüne alındığında, 2030’ların başında büyük miktarlarda yıllık atık öngörülmektedir. Bunlar, o yılki kurulu PV panellerinin %4’üne eş değer olup, 2050’lerde (5.5-6 milyon ton) atık miktarları neredeyse yeni tesislerde (6.7 milyon ton) bulunan kütleyle eşleşmektedir.

Büyüyen PV panel atığı yeni bir çevresel zorluk ortaya çıkarırken, aynı zamanda değer yaratma ve yeni ekonomik yollar peşinde koşma konusunda eşi görülmemiş fırsatlar sunuyor. Bunlar arasında hammaddenin geri kazanımı ve yeni solar PV kullanım ömrü, ilgili endüstrilerin de ortaya çıkması söz konusudur.

PV geri dönüşümü gibi sektörler, dünyanın ekonomik olarak sürdürülebilir ve giderek yenilenebilir temelli bir enerji geleceğine geçişinde önemlidir. Bu tür endüstrilerin faydalarının kilidini açmak amacıyla, panel atıklarında beklenen artışı karşılamak için kurumsal zemin hazırlanmalıdır.

Dünyanın toplam yıllık elektrik ve elektronik atığı (e-atık) 2014 yılında 41,8 milyon metrik tona ulaştı. Aynı yıl yıllık küresel PV panel atığı 1.000 kat daha azdı. 2050 yılına kadar, yıllık eklenen PV paneli atığı, 2014 yılında eklenen rekor küresel e-atığın 10’unu aşabilir.

Bu çalışmamızda yer alan analizin gösterdiği gibi, e-atık yönetimi ile ilgili zorluklar ve deneyimler gelecekte PV panel atık yönetimi için fırsatlara dönüştürülebilir.

Bu çalışma, gelecekteki PV paneli atık hacimleri için ilk küresel projeksiyonları 2050’ye uyarlamaktadır. 2050 yılına kadar küresel PV paneli atık hacimleri için iki senaryo vardır.

• Düzenli Kayıp: Güneş panelleri için erken yıpranma olmadan 30 yıl kullanım süresi varsayılır;
• Erken Kayıp: 30 yıllık kullanımdan önce “bebek”, “orta yaş” ve “yıpranma” arızalarını dikkate alır.

PV panel atık projeksiyon görünümü

Şekil 1. 2016-2050 Küresel PV panel atık projeksiyon görünümü

 

Uluslararası kuruluşların belirlediği atık yönetimi mevzuatlarının her bölgenin veya ülkenin gereksinimlerine ve koşullarına uyarlanabilmesini sağlayarak, önündeki zorlukları ele almak için çeşitli politika eylemlerine ihtiyaç vardır.

En iddialı PV hedeflerine sahip ülkelerin, gelecekte küresel PV atıklarının en büyük paylarını açıklaması bekleniyor. 2030’a gelindiğinde, kümülatif projelendirilmiş PV atığı için ilk üç ülkenin Çin, Almanya ve Japonya olacağı tahmin edilmektedir. 2050’nin sonunda Çin’in hala en büyük miktarda atık biriktirdiği tahmin ediliyor; ancak Almanya Amerika Birleşik Devletleri (ABD) tarafından geçilmektedir. Onun ardından Japonya geliyor ve bunu Hindistan takip etmektedir.

Şekil 2. 2050’de kullanım ömrü dolmuş PV panelleri nedeniyle ilk beş ülkenin toplam atık hacimleri

 

Şu anda, sadece Avrupa Birliği (AB) PV’ye özgü atık düzenlemelerini kabul etmiştir. Dünyadaki çoğu ülke PV panellerini genel veya endüstriyel atık olarak sınıflandırmaktadır.

Japonya veya ABD gibi ülkelerde, sınırlı durumlarda, genel atık yönetmelikleri, tehlikeli madde içeriği için panel testlerinin yanı sıra belirli sevkiyat, işleme, geri dönüşüm ve bertaraf yollarının reçetelendirilmesi veya yasaklanmasını içerebilir.

Ancak AB, PV’ye özgü toplama, geri kazanma ve geri dönüşüm hedeflerini kapsayan PV elektronik atık (e-atık) düzenlemelerine öncülük etmiştir.

Genişletilmiş üretici sorumluluğu ilkesine dayanarak, AB Atık Elektrikli ve Elektronik Ekipman (WEEE) Direktifi, AB pazarına PV panelleri tedarik eden tüm üreticilerin (nerede olurlarsa olsunlar) ömrünün sonunda PV toplama ve geri dönüşüm maliyetlerini finanse etmesini gerektirir.

Paneller Avrupa’da piyasaya sürülmüştür. AB’nin, diğer ülkelerin yerel olarak uygun yaklaşımlar geliştirmelerine yardımcı olmak için düzenleyici çerçevesini oluşturma deneyiminden çıkarılabilir.

Şekil 3. PV kullanım ömrü sonu yönetimi ile potansiyel değer yaratma

Kullanım ömrü sonu yönetimi, PV değer zincirinin önemli bir bileşeni haline gelebilir. Raporun bulgularının altı çizildiği gibi, kullanım ömrü sonunda PV panellerin geri dönüştürülmesi büyük bir hammadde ve diğer değerli bileşen stokunun kilidini açabilir.

Ekonomiye geri enjekte edilen geri kazanılmış malzeme yeni PV panellerin üretilmesine hizmet edebilir veya küresel emtia piyasalarına satılabilir ve böylece gelecekteki hammadde arzının güvenliğini artırabilir.

Ön tahminler, PV panellerden teknik olarak geri kazanılabilen hammaddelerin 2030 yılına kadar kümülatif olarak 450 milyon USD’ye (2016 döneminde) kadar bir değer verebileceğini göstermektedir.

Bu, şu anda yaklaşık 60 milyon yeni panel üretmek için gerekli olan hammadde miktarına eş değerdir veya 18 GW güç üretim kapasitesi. 2050 yılına kadar, geri kazanılabilir değer kümülatif olarak 2 milyar panele veya 630 GW’ye eş değer 15 milyar ABD Doları’nı aşabilir.

 

Şekil 4. PV atık yönetimi için tercih edilen seçenekler

 

PV paneller için kullanım ömrü yönetimi, yeni endüstrileri ortaya çıkaracak, önemli ekonomik değer yaratmayı destekleyecek ve sürdürülebilir uzun vadeli gelişime küresel bir geçişle tutarlı olacaktır. Küresel PV geri dönüşümünden kaynaklanan yeni endüstriler kamu ve özel sektörde istihdam olanakları sağlayabilir.

Kamu sektöründe, belediyeler ve kamu atık tesisleri gibi kamu idaresi kurumları ile kamu araştırma kurumları gibi atık yönetiminden sorumlu yerel yönetimlerde istihdam yaratılabilir.

Solar PV üreticileri ve uzmanlaşmış atık yönetimi şirketleri özel sektördeki ana istihdam faydalanıcıları olabilir. Atık toplama ve geri dönüşüm hizmetlerine genellikle kayıt dışı sektörlerin hâkim olduğu gelişmekte olan veya geçiş yapan ekonomilerde fırsatlar ortaya çıkabilir.

Burada, PV atık yönetim sistemleri, özellikle onarım/yeniden kullanım ve geri dönüşüm/ arıtma endüstrilerinde ek istihdam yaratabilirken, daha iyi genel PV atık yönetimi uygulamalarını teşvik edebilir. PV ömrünün sona ermesi yönetimi, sürdürülebilir atık yönetiminin her üçü için de fırsatlar sunar:

Azaltma, geri kullanım, geri dönüşüm. Araştırma ve geliştirme (Ar-Ge) ve teknolojik gelişmeler olgunlaşan bir endüstri ile devam ettikçe, panellerin bileşiminin daha az hammadde gerektirmesi beklenmektedir. Günümüzde, dünya çapında üretilen PV panellerin üçte ikisi kristal silikondur (c-Si).

Bunlar tipik olarak, tehlikeli olmayan atık olarak sınıflandırılan %90’dan fazla cam, polimer ve alüminyumdan oluşur. Bununla birlikte, aynı paneller gümüş, kalay ve kurşun izleri gibi tehlikeli maddeleri de içerir.

İnce film paneller, kıyaslandığında, yaklaşık %2’den fazla tehlikeli olmayan cam, polimer ve alüminyumdan oluşur ve yaklaşık %2 bakır ve çinko (potansiyel olarak tehlikeli) ve yarı iletken veya diğer tehlikeli maddelerle birleştirilir.

Bunlar arasında indiyum, galyum, selenyum, kadmiyum, tellür ve kurşun bulunur. Tehlikeli maddeler tipik olarak yetki alanına bağlı olarak belirli sınıflandırmalarla titiz muamele gerekliliklerine tabidir.

2030’a kadar, Ar-Ge ve panel verimliliğindeki mevcut eğilimler göz önüne alındığında, c-Si ve ince film teknolojileri için hammadde girdileri önemli ölçüde azaltılabilir.

Bu, üretim sürecinde tehlikeli ve nadir maddelerin kullanımını azaltacak ve sonuç olarak ömrünü tamamlamış panellerin geri dönüştürülebilirliğini ve kaynak geri kazanım potansiyelini artıracaktır.

Hızlı küresel PV büyümesinin panel bileşenleri ve malzemeleri için güçlü bir ikincil pazar oluşturması bekleniyor. Panelin kullanım ömrünün erken dönemlerinde meydana gelen arızalar, onarım ve yeniden kullanım fırsatları sunar.

Onarılan PV paneller dünya pazarında indirimli piyasa fiyatından satılabilir. Kısmen onarılan paneller veya bileşenler bile ikinci bir el pazarında istekli alıcılar bulabilir. Bu ikincil piyasa, sınırlı finansal kaynaklara sahip olan ve halen güneş PV sektörüne girmek isteyen ülkelerdeki alıcılar için önemli bir fırsat sunmaktadır.

Mevcut PV kurulumları son hizmet dışı bırakma aşamasına ulaştığından, panelin atılması yerine geri dönüşüm ve malzeme geri kazanımı tercih edilecektir.

Gelişmekte olan PV geri dönüşüm endüstrisi tipik olarak kullanım ömrü PV panellerini mevcut genel geri dönüşüm tesislerindeki ayrı parti çalışmaları ile işleme tabi tutar. Bu, ana bileşenlerin malzeme geri kazanımına izin verir.

Örnekler, toplam panel kütlesinin %85’inden daha fazla kümülatif verimle geri kazanılabilen c-Si paneller için cam, alüminyum ve bakırı içerir. Uzun vadede, özel panel geri dönüşüm tesisleri, daha iyi çıktı kalitesi ve somutlaşmış malzemelerin daha büyük bir kısmını geri kazanma yeteneği sayesinde arıtma kapasitelerini artırabilir ve gelirleri en üst düzeye çıkarabilir.

PV’ye özgü panel geri dönüşüm teknolojileri, son on yıldır bir ölçüde araştırılmış ve uygulanmıştır. Özel, maliyet ve malzeme geri kazanımı sağlayan geri dönüşüm tesislerinin geliştirilmesini sağlamak için geçmiş, devam eden ve gelecekteki araştırmalardan öğrenmek önemlidir.

Bununla birlikte, PV paneli atık akışlarının karlı çalışma için yeterince büyük olmasını garanti etmek için teknik ve düzenleyici sistemlerin oluşturulması gerekmektedir.

Sanayi, hükümetler ve diğer paydaşların güneş PV panellerinin beklenen atık hacimlerine aşağıdaki üç ana yolla hazırlanmaları gerekmektedir:

PV’ye özgü atık düzenlemelerini kabul eden PV panelleri için sürdürülebilir ömrünün sona ermesi yönetim politikaları, onu uygulamak için gereken kurumlarla birlikte, etkin bir düzenleyici çerçeve ile sağlanabilir.

PV atıklarının büyümesini ele almak ve ilgili değer yaratmayı sağlamak, PV panellerine özgü yasal olarak bağlayıcı ömür sonu standartlarının yokluğunda kolay olmayacaktır.

PV paneller için geri dönüşüm ve arıtma standartları dahil PV’ye özgü toplama ve geri dönüşüm düzenlemelerinin geliştirilmesi, artan atık hacimleriyle tutarlı, verimli ve karlı bir şekilde başa çıkmak için çok önemli olacaktır.

Atık yönetimi altyapısını genişletmek PV atıkları için yönetim şemaları, her ülkenin veya bölgenin kendine özgü koşullarına uyarlanmalıdır.

Almanya ve Birleşik Krallık ile ilgili vaka çalışmalarının gösterdiği gibi, AB WEEE Direktifi’nin ulusal uygulamasından farklı atık yönetimi çerçeveleri ortaya çıkmıştır. Bu deneyimler, diğer PV piyasalarının yararlanabileceği çeşitli dersler ve en iyi uygulamaları sağlayabilir.

Japonya, Hindistan ve Çin gibi hızla büyüyen PV pazarları hala PV panel atıklarını kapsayan özel düzenlemelerden yoksundur. Bununla birlikte, Ar-Ge ve uzun vadeli politika hedeflerinin oluşturulması yoluyla gelecekteki atık akışlarına hazırlanmaya başlamışlardır.

Yeterli atık hacimleri veya ülkeye özgü teknik bilgi birikimi olmadığında, atık yönetimi ve geri dönüşüm tesisleri için bölgesel pazarlar da PV atıklarından değer yaratmayı en üst düzeye çıkarmaya yardımcı olur.

Enerji ve atık sektörleri arasındaki koordinasyon mekanizmaları, PV kullanım ömrü yönetiminin desteklenmesi için esastır. Çok çeşitli enerji paydaşları genellikle bir PV projesinin söküm, geri dönüşüm ve bertarafı içeren hizmetten çıkarma aşamasında yer alır.

Bu paydaşlar arasında proje geliştiricileri, inşaat şirketleri, panel üreticileri ve diğerleri bulunmaktadır. Geleneksel olarak, atık sektörü sadece sınırlı bir şekilde dahil olmuştur (örneğin, PV paneli atıklarının düzenli depolama sahalarında ve/veya genel atık arıtımı ile atılması).

Bununla birlikte, artan atık hacimleri ve ilgili geri dönüşüm fırsatları ile atık yönetimi şirketleri PV kullanım ömrü sonu faaliyetlerinde önemli bir oyuncu haline gelecektir. Bazı AB ülkelerinde durum zaten böyledir.

Genişletilmiş üretici sorumluluğu ilkesine uygun olarak, bu ülkelerdeki üreticiler atık yönetimi için finansman sağlar ve PV panellerin işlenmesi ve geri dönüşümünün atık sektörüne devredilmesini sağlar.

Enerji ve atık sektörü paydaşları arasında iş birliğini teşvik eden endüstriyel kümelerin geliştirilmesi, yeniliğin teşvik edilmesinde ve yayılma etkilerine katkıda bulunmada etkili olabilir.

Devam eden inovasyonu teşvik etmek PV ömrü sonu panellerinden ek değer yaratmayı desteklemek için ArGe ve beceri geliştirmeye ihtiyaç vardır.

PV paneli ömrünün sona ermesi yönetimi hakkında önemli teknolojik ve operasyonel bilgiler birçok ülkede hâlihazırda mevcuttur. Bu, PV paneli atıklarında öngörülen büyük artışın ele alınmasına yardımcı olarak etkili atık yönetimi çözümlerinin geliştirilmesine rehberlik edebilir.

PV panel fiyatlarının düşürülmesi baskısı, daha verimli seri üretim ve malzeme kullanımı, malzeme ikameleri ve yeni, yüksek verimli teknolojilerin kullanılmasına neden oluyor. Daha da iyileştirmek için ek beceri geliştirmeye ihtiyaç vardır.

Araştırma ve eğitim programları sadece teknik hedeflere ulaşmak için değil, aynı zamanda yeni nesil bilim insanlarını, mühendisleri, teknisyenleri, yöneticileri vb. eğitmek için kritik öneme sahiptir.

Bu tür işlerden, çıkarılan değeri en üst düzeye çıkarmak için gerekli teknik, düzenleyici, lojistik ve yönetim sistemlerini geliştirmek gerekecektir. Büyüyen PV atık akıntılarından ayrıca, PV paneli onarımları ile ilgili özel eğitim ve öğretim, erken arızaları gösteren PV panellerinin ömrünü uzatmaya yardımcı olabilir.

PV paneller için malzeme geri dönüşümü başka bir engelle karşı karşıyadır; geri kazanılan hammaddeler, geri dönüşüm süreçleri tam olarak gelişmediği için genellikle maksimum potansiyel değere ulaşmak için gereken kaliteye sahip değildir.

PV panel ömrünü tamamlamış arıtma teknolojileri ve teknikleri için artan Ar-Ge, bu boşluğu kapatmaya yardımcı olabilir ve hammadde ve bileşenlerin iyileştirilmiş ve verimli bir şekilde geri kazanılmasını sağlayabilir.

En önemlisi, teknolojik ArGe, toplumsal getirileri en üst düzeye çıkarmak, zararlı sonuçları en aza indirmek ve istenmeyen sonuçlardan kaçınmak için ileri teknoloji-ekonomik ve çevresel analizlerle birleştirilmelidir.

Önümüzdeki yıllarda, politika yapıcılar ve PV paydaşları, ortaya çıkan fırsatlardan yararlanmak için panel atığı ve tasarım sistemlerinin yükselişine hazırlanmalıdır.

PV panellerden kullanım ömrü sonu değerinin kilidinin açılması, yukarıda açıklananlar ve en önemlisi uygun şekilde tasarlanmış çerçeveler ve düzenlemeler gibi hedeflenmiş eylemleri gerektirir.

Doğru koşullar sağlandığında, güneş PV’si için ömrünü tamamlamış endüstriler, sürdürülebilir bir enerji geleceği için altyapının önemli bir direği olarak gelişebilir.

 

Cemil Koyunoğlu

Yalova Üniversitesi
Mühendislik Fakültesi
Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü