El proyecto europeo Photorama nació con el propósito de desarrollar tecnologías y metodologías para el reciclaje de paneles fotovoltaicos (PV) y la recuperación de materias primas (RM) de los mismos, alargando la vida útil de los paneles fotovoltaicos. De esta manera, buscan establecer una cadena de valor circular rentable y sostenible que conduzca a una industria fotovoltaica con cero emisiones netas de carbono. En el evento ‘Sustainable Solar Europe’ celebrado en diciembre de 2023 en Bruselas, el equipo de Photorama expuso la importancia de reelaborar el sector fotovoltaico para que no solo genere productos sostenibles sino que sea una industria sostenible en sí misma, mediante el aprovechamiento de los paneles solares al final de su vida útil.
El proyecto Photorama se inició en mayo de 2021. Con una duración de tres años y medio, se prevé que finalice en octubre de este año. El coste total de la iniciativa ha sido de 10.365.764,75 euros, de los cuales 8.381.666,38 euros proceden de los fondos Horizon 2020. La Comisión de energía atómica y energías alternativas de Francia coordina el proyecto, en el que colaboran entidades españolas como Mondragon Assembly e Idener Reasearch and Development. En total, participan 13 entidades de 7 países diferentes.
Reciclaje en la industria fotovoltaica
El objetivo global es mantener el aumento de la temperatura mundial este siglo por debajo de 1,5°C, mientras que la Unión Europea ha asumido para el año 2030 un objetivo de, al menos, un 55% menos de emisiones netas de gases de efecto invernadero. Las energías renovables son fundamentales para alcanzar estos objetivos y, más concretamente, la energía solar como alternativa de menor coste.
Aunque los sistemas fotovoltaicos proporcionan energía sin generar emisiones, con una vida útil de entre 25 y 30 años, es fundamental garantizar productos sostenibles durante todo el ciclo de vida. Si bien se han invertido grandes esfuerzos en la etapa de fabricación para reducir el impacto ambiental, el fin de vida útil de los dispositivos fotovoltaicos sigue siendo un desafío importante al que Photorama busca poner solución.
El primero de los objetivos del proyecto es desarrollar tecnologías pioneras para implementar un esquema de reciclaje fotovoltaico sólido y confiable. En segundo lugar, la iniciativa europea busca demostrar soluciones innovadoras de reciclaje con una línea piloto que está actualmente en el nivel siete de madurez tecnológica.
Además, persigue demostrar una circularidad total reinyectando materiales secundarios en una cadena de valor interdisciplinaria, así como impulsar la adopción en el mercado de las tecnologías desarrolladas por los investigadores del proyecto como soluciones sostenibles. Por último, los investigadores esperan fortalecer las acciones de gestión sostenible de residuos en el marco de la industria fotovoltaica.
Enfoque de la investigación
El concepto general del proyecto es desarrollar tecnologías avanzadas para la recuperación y el reciclaje de materias primas secundarias a partir de módulos fotovoltaicos al final de su vida útil. La cadena de valor fotovoltaica está en el corazón de Photorama para garantizar energía limpia y eficiente, y un acceso sostenible de materias primas en Europa.
Así, los investigadores persiguen una industria circular que conecte los diversos sectores de la industria fotovoltaica, desde la recolección hasta la producción de materias primas secundarias. La visión global del proyecto aborda la reintroducción de materias primas en las industrias como nuevos materiales o nuevos productos, reuniendo cadenas de valor intersectoriales.
Para ello, Photorama ha creado una línea piloto de gestión completa que incluirá todos los pasos sucesivos interrelacionados necesarios: desmontaje automático, separación inteligente y recuperación innovadora de metales de células solares (Si, Ag, In, Ga).
Para cerrar el círculo, todas las fracciones de los componentes fotovoltaicos al final de su vida útil se recuperarán directamente como combustible energético, se reutilizarán o se reciclarán como materia prima para construir nuevos paneles fotovoltaicos u otros productos nuevos. La estrategia central de los investigadores es elaborar un plan de reciclaje global que considere cuidadosamente las dimensiones económica, ambiental y social.
Líneas de actuación de Photorama
La iniciativa europea Photorama trabaja en base a una línea piloto que contempla en torno a ocho ejes de actuación. En primer lugar, la línea piloto del proyecto se basa en la recolección de residuos, el desmontaje de paneles y la calificación de la línea piloto. El principal objetivo es construir, calificar y demostrar una línea piloto en un entorno industrial completo que establecerá la estructura para procesar cantidades mucho mayores de desechos fotovoltaicos de lo que es posible actualmente.
La segunda línea de trabajo consiste en desarrollar y ampliar unidades de delaminación innovadoras y rentables para paneles fotovoltaicos c-Si y CI(G)S. La unidad de delaminación es el segundo paso de procesamiento en la línea piloto, recibe láminas/sándwiches fotovoltaicos de la unidad de desmontaje y produce vidrio, polímeros y fracción de células para su posterior procesamiento antes de su reutilización.
Se harán grandes esfuerzos para lograr una separación completa de las capas de láminas/sándwiches fotovoltaicos, evitando la contaminación cruzada de materiales para proporcionar el mayor valor añadido posible a las materias primas secundarias. Para ello, se desarrollarán dos tecnologías complementarias para los paneles fotovoltaicos c-Si: la delaminación mecánica mediante un proceso de corte con hilo de diamante, y la delaminación de fluidos mediante la aplicación de CO2 en estado supercrítico. En el caso de los módulos CI(G)S, se separarán mediante un proceso de delaminación óptica utilizando una linterna.
La tercera línea de actuación se centra en el desarrollo de la extracción de metales a partir de las fracciones suministradas por las actividades de eliminación. Busca optimizar y validar los procesos de extracción y electro-obtención de líquidos iónicos para diseñar la unidad que se incluirá en la línea piloto para recuperar metales de células solares como Ag y Si. Además, el tercer paquete de trabajo garantizará la recuperación de In y Ga de las células solares CI(G)S.
En el caso de la cuarta línea de trabajo, busca demostrar el enfoque de circularidad total de Photorama reinyectando productos y componentes secundarios en la cadena de valor. Para cerrar el círculo transformando los residuos en nuevos productos, todas las fracciones de los componentes fotovoltaicos al final de su vida útil se reutilizarán directamente, o se reciclarán para fabricar nuevos paneles fotovoltaicos o nuevos productos para otras industrias.
A continuación, la quinta línea de actuación está orientada a las evaluaciones del ciclo de vida social, tecnoeconómico y ambiental de la línea piloto. Mientras que el objetivo de la sexta línea de trabajo es diseñar e implementar una estrategia para la sensibilización social y las actividades de difusión que lleva a cabo el consorcio. El objetivo principal es apoyar la adopción sostenible de los resultados del proyecto por parte de los usuarios finales. Así, se investigarán todas las vías para establecer las tecnologías innovadoras como tecnologías clave en Europa a corto plazo.
Metodología de caracterización de residuos fotovoltaicos
En el ecuador del proyecto, los investigadores publicaron un primer informe de resultados. Los expertos concluyeron que, en la actualidad, existe una falta de estándares armonizados en toda Europa y de una organización de responsabilidad de los productores que permita la identificación y comparación de las prácticas de reciclaje de paneles fotovoltaicos. Para elevar el nivel de desempeño ambiental, el primer paso es poder comparar de manera justa y rigurosa los procesos de reciclaje existentes, señalan.
Por ello, publicaron una metodología de caracterización de residuos fotovoltaicos para permitir una evaluación comparativa adecuada de los procesos de reciclaje fotovoltaico. La metodología desarrollada en el proyecto Photorama tiene como objetivo proporcionar a los socios y operadores europeos una base común. Esas directrices universales abordan la clasificación de los residuos cuando se reciben en una instalación de reciclaje, así como la definición de lotes para realizar pruebas.
Una prueba por lotes consiste en determinar la naturaleza de los diferentes resultados de un proceso, así como las cantidades requeridas para una muestra representativa de cada corriente y para cada proceso de tratamiento. Permite medir las cantidades de materiales efectivamente reciclados o eliminados al final de cada proceso, y la eficacia de la descontaminación.
Además, también proporciona detalles sobre los métodos y operaciones que deben realizarse durante una prueba por lotes si también tiene como objetivo el control de la descontaminación del proceso de tratamiento. Cuando un proceso de tratamiento está estabilizado, puede no ser necesario controlar la calidad de la descontaminación durante cada caracterización. Como mejor práctica, los expertos recomiendan evaluar la calidad durante el primer año y no más de cada tres años después. Si no se cumplen las especificaciones, los controles deberán realizarse anualmente.
Evaluar y comparar los procesos de reciclaje fotovoltaico en Europa con una metodología común permitirá avanzar conjuntamente en la mejora de la recuperación de materiales, impulsando a la UE a la vanguardia del sector de la energía solar en el procesamiento y reciclaje de materias primas secundarias, promoviendo soluciones socialmente innovadoras.