ソーラーパネルは、気候変動との戦いに不可欠な役割を果たす再生可能な電力源として、ますます重要性を増している。また、ソーラーパネルは複雑な技術の塊でもあり、その寿命が尽きると大きくてかさばる電子廃棄物になってしまう。

現在、世界のほとんどの国では、このような問題に対処する計画がない。しかし、太陽光発電による電子廃棄物の大量発生が迫っているため、近いうちに計画を策定する必要があるでしょう。国際再生可能エネルギー機関(International Renewable Energy Agency)は、2050年までに最大7,800万トンのソーラーパネルが寿命を迎え、世界では毎年約600万トンの新たなソーラーe-wasteが発生すると予測している。

後者の数字は、人類が毎年排出する電子廃棄物の総量のほんの一部だが、標準的な電子機器のリサイクル方法は、ソーラーパネルには適していない。銀やシリコンを含む最も価値のある材料をパネルから回収するには、特注のリサイクルソリューションが必要だ。もし、これらのソリューションを普及させるための政策と一緒に開発しなければ、何が起こるかはすでに分かっている。

リサイクルを義務化しなければ、モジュールの多くは埋め立てられてしまうと、アリゾナ州立大学のソーラー研究者である●は最近、ソーラー市場の95%を占めるシリコンソーラーパネルのリサイクルに関するレビュー論文を執筆し、そこで指摘している。

ソーラーパネルは、太陽光を電気に変換する太陽光発電(PV)セルで構成されている。これらのパネルが埋め立て地に入ると、貴重な資源が無駄になる。また、ソーラーパネルには鉛などの有毒物質が含まれており、分解すると溶出する可能性があるため、埋め立ては新たな環境問題を引き起こすことになる。

ほとんどのソーラーメーカーはパネルの寿命を約25年と謳っているが、世界でソーラーパネルが広く普及し始めたのは2000年代初頭のことだった。

ソーラーパネルの回収とリサイクルを専門とする非営利団体PV Cycleによると、毎年数千トンのソーラーe-wasteを欧州連合全体で回収しているという。この数字には、寿命が尽きたソーラーパネルだけでなく、嵐の時に破損したり、何らかの製造上の欠陥があったり、新しい、より効率的なモデルと交換されたりしたために早期に廃炉になったものも含まれている。

今日、ソーラーパネルが寿命を迎えると、いくつかの可能性のある運命に直面する。EU法の下では、生産者はソーラーパネルが適切にリサイクルされていることを確認することが求められている。日本、インド、オーストラリアでは、リサイクルの義務化が進められている。

米国では、「ワイルド・ウエスト」と呼ばれている。ワシントン州の州法を除いて、米国には太陽光発電のリサイクル義務化はない。業界が主導する自主的なリサイクルの取り組みは範囲が限られてる。米国で唯一の太陽光発電リサイクル専門企業であるRecycle PV Solarの試算によると、太陽光発電パネルのリサイクル率は10%程度だ。残りは埋め立てられたり、海外に輸出されたりして、環境保護の弱い発展途上国で再利用されているという。

リサイクルが行われていても、改善の余地はたくさんある。ソーラーパネルは、基本的には電子サンドイッチだ。充填物は、結晶シリコンセルの薄い層で、ポリマーやガラスのシートで両側を絶縁し、外気から保護している。これらはすべてアルミフレームで支えられている。パネルの背面には、発電中の電気を流すための銅製の配線が入ったジャンクションボックスがある。

ソーラーパネルには鉛などの有毒物質が含まれており、分解すると溶出する可能性がある。Photo by Chelsea on Unsplash

シリコンと銀を効率的に分離・精製できれば

一般的な電子廃棄物処理施設では、このハイテクサンドイッチは粗末に処理されます。リサイクル業者は、アルミニウムと銅を回収するためにパネルのフレームとジャンクション・ボックスを取り外し、ガラス、ポリマー、シリコン・セルを含む残りのモジュールを細断する(重量比でその混合物の大部分がガラスであるため、結果として得られる製品は、不純な粉砕されたガラスと考えられている)。標準的な60セルのシリコンパネルを分解したリサイクル業者が、回収したアルミニウム、銅、ガラスで約3ドルを得ることができると見積もられている。

一方、米国でパネルをリサイクルする場合のコストは、輸送コストを差し引いても12~25ドルで、「リサイクルにかかるコストと同額になることが多い」という。同時に、リサイクルを許可している州では、ソーラーパネルを廃棄物処理場に捨てるのに1ドル以下の費用がかかるのが一般的だ。

ソーラーパネルのより価値の高い部品、つまりシリコンと銀を効率的に分離・精製できれば、コスト対収益の比率が改善される可能性がある。これを実現しようとしているのは、少数の太陽光発電リサイクル専門業者である。フランスで世界で唯一の商業規模のシリコンPVリサイクル工場を運営するVeolia社は、パネルを細断して粉砕した後、光学技術を用いて低純度シリコンを回収している。

Recycle PV Solar社は当初、低純度の銀やシリコンを含むパネルに含まれる材料の90%以上を回収できる「熱プロセスとボールミルプロセス」を使用していた。しかし、同社は最近、ヨーロッパのパートナーから「95%以上の回収率」が可能な新しい装置を入手し、回収された材料をより良く分離できるようになったという。

PV研究者の中には、それ以上のことをしたいと考えている人もいる。最近のレビュー論文では、国立再生可能エネルギー研究所の科学者が率いるチームが、すべての金属や鉱物を高純度で回収する新しいリサイクルプロセスの開発を呼びかけている。そのようなプロセスには、熱や化学処理を使ってガラスをシリコンセルから分離し、その後、他の化学技術や電気技術を応用してシリコンや様々な微量金属を分離・精製することが含まれるかもしれない。

ソーラー業界は、より良いリサイクル方法の開発に加えて、可能な限りパネルを再利用する方法を考えるべきときを迎えている。リサイクルの場合と同様に、EUはこの問題に積極的に取り組んでいる。欧州委員会は、太陽光発電産業のための循環型ビジネスモデルプログラムを通じて、ベルリンのe-bike充電ステーションやベルギーの集合住宅への電力供給など、屋上やソーラーファームからのソーラーパネルの再利用方法を示すさまざまな実証プロジェクトに資金を提供している。

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