fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche chinoise a mis au point un procédé de recyclage des modules photovoltaïques en silicium cristallin usagés, basé sur la séparation par liquide dense et la gravure au chlorure métallique. Ce procédé comprend trois étapes principales : la séparation par liquide dense du mélange de matériaux, la gravure des cellules solaires et la gravure des rubans de connexion. L'équipe a simultanément mené une évaluation du cycle de vie et une analyse technico-économique pour évaluer la performance globale du procédé.

Grâce à des expériences systématiques, l'équipe a élucidé les mécanismes réactionnels clés impliquant des réactions d'oxydoréduction, des équilibres de complexation et une hydrolyse-précipitation. L'équipe indique que le choix de réactifs chimiques verts, les performances de recyclage supérieures et le potentiel de recyclage en boucle fermée des réactifs réduisent l'impact environnemental du procédé, jetant ainsi les bases de son application industrielle. Les matières premières expérimentales étaient un mélange de granulés de verre, de cellules solaires et de rubans de connexion fourni par une entreprise de recyclage.

La première étape du procédé utilise une séparation par liquide dense au bromure de zinc pour séparer les matériaux. En ajustant la densité du liquide, les différents composants flottent ou coulent, permettant ainsi la séparation des flux de matériaux. Cette étape récupère plus de 98 % des cellules solaires et la quasi-totalité des rubans de connexion avant le traitement ultérieur. La deuxième étape utilise une solution de chlorure d'aluminium hexahydraté et de peroxyde d'hydrogène, dans des conditions d'eau chaude, pour traiter les cellules solaires séparées, en éliminant la couche de contact en argent, la couche arrière en aluminium et le film antireflet en nitrure de silicium, tout en préservant la plaquette de silicium sous-jacente. Après optimisation des paramètres, les conditions optimales sont une concentration de chlorure d'aluminium hexahydraté de 1,2 mole/litre, une concentration de peroxyde d'hydrogène de 2,0 %, une température de réaction de 200 degrés Celsius et un temps de traitement de 120 minutes. La troisième étape utilise une solution de chlorure de cuivre dihydraté pour traiter les rubans de connexion séparés, composés d'un noyau de cuivre plaqué d'un alliage plomb-étain, l'objectif étant d'éliminer le plomb et l'étain tout en conservant le noyau de cuivre. Les conditions optimales sont une concentration de chlorure de cuivre dihydraté de 0,4 mole/litre, une vitesse d'agitation de 600 tours/minute, un temps de 15 minutes et une température de 60 degrés Celsius.

Ce procédé produit du silicium d'une pureté de 99,997 %, du chlorure d'argent d'une pureté de 99,64 % (efficacité de récupération de l'argent de 80,07 %), récupère l'aluminium de la solution et des bandes de cuivre d'une pureté de 99,99 %. Les sous-produits des rubans de connexion sont de l'oxyde d'étain et du sulfate de plomb. De plus, la solution de gravure au chlorure de cuivre a été régénérée et réutilisée avec succès, renforçant ainsi la durabilité du procédé. L'évaluation du cycle de vie, basée sur une unité fonctionnelle de 1 kg de déchets entrants, montre que les contributions des trois étapes (séparation par liquide dense, gravure des cellules solaires et gravure des rubans de connexion) au potentiel de réchauffement global sont respectivement de 0,049 kg équivalent CO₂, 3,522 kg équivalent CO₂ et 0,055 kg équivalent CO₂. Par rapport aux méthodes de traitement traditionnelles, ce procédé réduit les émissions de carbone de 80,42 %. L'analyse technico-économique montre que les bénéfices de recyclage des étapes de séparation par liquide dense, de traitement des cellules solaires et de traitement des rubans de connexion sont respectivement de -0,04 $/kg, 7,76 $/kg et 4,81 $/kg. L'équipe attribue le bénéfice négatif de la séparation par liquide dense à la méthode de calcul, où seule la valeur de recyclage du verre est prise en compte dans cette étape, la valeur économique des cellules solaires et des rubans de connexion séparés étant attribuée à leurs étapes de traitement respectives.

Cette nouvelle technologie a été publiée dans le « Journal of Cleaner Production », sous le titre « Sustainable recycling of waste crystalline silicon photovoltaic modules based on heavy liquid separation and metal chloride etching ». Des chercheurs de l'Université Sun Yat-sen et de l'Université des Mines et de la Technologie de Chine ont participé à cette étude.

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