Vanwege het coronavirus werken onze medewerkers thuis.

N.B. Het kan zijn dat elementen ontbreken aan deze printversie.

Materialen Afgedankte zonnepanelen leveren een grote afvalberg op, want goede recycling is niet mogelijk. Een nieuw type paneel moet dit probleem oplossen.

Sssh. Een grote pers daalt neer op een tafel van een paar vierkante meter. Daarop ligt een zwart kunststof zeil en daaronder ligt een klein zonnepaneel ter grootte van een platenhoes. Maurice Goris, technisch medewerker in het Solar Lab van onderzoeksinstituut TNO in Petten, heeft het zonnepaneel zojuist in elkaar gezet. En nu moet het een kwartiertje ‘bakken’ in de laminator op zo’n 150 graden. De lucht wordt eruit geperst zodat het paneel steviger wordt. In principe hoeft er hierna alleen nog maar een aluminium frame omheen en dan zou dit volledig recyclebare zonnepaneel het dak op kunnen.

Zonnepanelen zijn als tosti’s – ze zijn opgebouwd uit verschillende lagen. De zonnecellen zitten in het midden en daar omheen zit aan weerszijden een dun laagje hechtfolie van kunststof. Aan de voorkant zit een glasplaat en aan de achterkant meestal een kunststof paneel. Door de druk en hitte van de laminator versmelt de hechtfolie met de andere materialen, daardoor zijn de panelen beter bestand tegen weersinvloeden. Maar die versmelting maakt hergebruik van de materialen lastig.

Zonnepanelen hebben niet het eeuwige leven – na zo’n vijfentwintig à dertig jaar zijn ze rijp voor de sloop. Afvalverwerkers kunnen de panelen echter niet volledig demonteren. Daarom belanden ze nu in een vergruizer waar ze worden fijngemalen. Door die versmelting kunnen het glas van de glasplaat en het silicium en zilver uit de zonnecellen alleen worden hergebruikt in laagwaardige toepassingen zoals isolatiemateriaal, niet in nieuwe zonnepanelen. Daarvoor moeten de stoffen zo zuiver mogelijk zijn, en niet verontreinigd met andere stoffen.

Het aantal zonnepanelen in Nederland groeit hard. Het afgelopen jaar is het totale vermogen in één jaar tijd met 48 procent toegenomen, blijkt uit het Nationaal Solar Trendrapport 2021 van onderzoeksbureau DNE Research. Dat levert binnen een aantal decennia een enorme afvalberg op.

De eerste generatie komt nu al van de daken af, vertelt Martin Späth, onderzoeker bij TNO, na ons bezoek aan de labruimte. „Dat zijn misschien zevenduizend panelen, peanuts. Maar in 2040 komen de panelen vrij die vanaf 2015 zijn geïnstalleerd, toen de opmars begon. Dan hebben we het over 100.000 à 200.000 ton afval. En in 2050 zelfs 400.000 tot 500.000 ton.” Hoe gaan we dat zonnepaneelafval op een zinnige manier recyclen?

In het buitenland zijn enkele fabrieken die zich speciaal richten op zonnepaneelrecycling en daardoor zuiverder reststromen maken. Maar ook die materialen vinden hun weg nog niet naar een nieuw zonnepaneel. Daarnaast zitten er schadelijke stoffen in verwerkt, zoals fluor en lood, die tijdens het recyclen kunnen vrijkomen.

Späth wilde weten of hij deze pijnpunten kon oplossen en een volledig herbruikbaar, circulair, zonnepaneel kon maken. Hij kwam in contact met bedrijven die recyclebare en veilige materialen aan het ontwikkelen zijn. Zo gebruikt de Haagse zonnepaneelfabrikant Exasun een glazen achterpaneel. Gangbare zonnepanelen hebben een kunststof achterpaneel, want dat is goedkoper, maar minder vochtwerend. Fabrikanten lossen dit op door giftige fluorverbindingen (zoals PFAS) in het materiaal te verwerken. Dit maakt recyclen lastiger, omdat het fluor dan vrijkomt. Het Eindhovense Mat-Tech maakt een soldeerverbinding, een soort grijze pasta, die de stroom uit de zonnecellen goed geleidt. Daarin zit meestal lood verwerkt, omdat dit de temperatuur verlaagt en de zonnecellen minder belast. Mat-Tech vervangt het lood voor het (niet giftige) materiaal bismut, dat een lagere smelttemperatuur heeft.

Ten slotte maakt Endurans Solar, een spin-off van chemiebedrijf DSM, een hechtfolie die, ondanks die versmelting, weer volledig los kan raken van de andere materialen. Voor die ontmanteling heeft TNO een vrij eenvoudig proces ontwikkeld, waar geen speciale apparatuur voor nodig is. Hoe dat precies werkt wil Späth uit concurrentieoverwegingen niet vertellen.

Met deze ingrediënten is in het Pettense lab een nieuw, circulair, zonnepaneel in elkaar gezet. Een verdieping lager laat technisch medewerker Goris de klimaatkamers zien. Dit zijn kasten waarin de panelen worden blootgesteld aan een hoge luchtvochtigheid en sterke temperatuurswisselingen. Goris: „De panelen worden vijfhonderd uur getest onder 85 graden en 85 procent luchtvochtigheid. En in de thermal cycle-kast doorlopen ze honderd keer een cyclus van -40 tot 85 graden.” Eerdere versies hebben dat proces zes keer overleefd zonder achteruitgang in stroom en spanning, en zouden daardoor goed genoeg zijn om minstens vijfentwintig jaar in de buitenlucht door te brengen. Begin volgend jaar doorlopen ook de grote panelen deze testruimtes.

In principe zouden de nieuwe zonnepanelen volgend jaar op de daken kunnen liggen, maar het is maar de vraag of ze kunnen opboksen tegen de grote volumes Chinese zonnepanelen die nu de markt domineren. De recyclebare zonnepanelen zouden voor dezelfde kostprijs gemaakt kunnen worden als conventionele panelen. Maar Chinese producenten profiteren van schaalvoordelen door de productie van grote volumes. Späth: „We kunnen op kleine schaal in Europa een goed voorbeeld stellen, maar de recyclewetgeving blijft een obstakel. Nu moet 85 procent van het gewicht van een zonnepaneel gerecycled kunnen worden, maar het is beter om in te zetten op behoud van waarde dan op gewicht. Pas dan zullen producenten de noodzaak voelen om over te schakelen op een circulair ontwerp.”

Duurzaam ontwerp van zonnepanelen is nog een relatief nieuw thema, vertelt Miro Zeman, hoogleraar fotovoltaïsche materialen aan de TU Delft. „Circulariteit wordt enorm belangrijk, als je kijkt naar de enorme aantallen panelen die op ons afkomen. Het onderzoek van TNO is natuurlijk fantastisch, maar we zouden dit thema in Nederland breder moeten aanpakken, zodat meer organisaties meedoen om de weg naar circulaire zonnepanelen te versnellen.”

Ook Zeman en zijn collega’s werken aan verschillende aspecten van circulaire zonnepanelen. Zo onderzoeken zij of het mogelijk is om de hechtfolie helemaal weg te laten. „Een ontwerp is altijd beter als het simpeler is. Er is toch materiaal en energie nodig om zo’n folie te maken. Ook zijn we aan het kijken of het mogelijk is om het zilver in de zonnecellen te vervangen voor koper en willen we het gebruik van indiumtinoxide [een transparant en geleidend materiaal] minimaliseren. Indium wordt waarschijnlijk schaars, want het wordt veel gebruikt in elektronica. Een dunnere laag geleidt minder goed, dus we zoeken naar de optimale balans tussen dikte en geleidbaarheid.”

Heeft u een tip over dit onderwerp, ziet u een spelfout of feitelijke onjuistheid? We stellen het zeer op prijs als u ons daarover een bericht stuurt. U kunt ons ook anoniem een tip geven.