Carsten Ahrens：Need for the Future of PV–Circular Economy or Just Recycling?

編者按：2023年9月12-14日，以“綠色 持續 共生 向新”為主題的“第五屆未來(lái)能源大會(huì )”在江蘇常州武進(jìn)召開(kāi)，本次大會(huì )由中國能源研究會(huì )與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì )上，世界工程組織聯(lián)合會(huì )能源委員會(huì )太陽(yáng)能工作組主席Carsten Ahrens發(fā)表了《Need for the Future of PV–Circular Economy or Just Recycling?》的主旨演講。

以下內容根據論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

Carsten Ahrens：我的論文、我的發(fā)言主要講的是光伏PV，未來(lái)的PV，如果不去考慮這個(gè)循環(huán)經(jīng)濟的話(huà)，PV的作用是不是僅僅就是循環(huán)利用呢?它是一個(gè)很小眾的問(wèn)題，但是已經(jīng)越來(lái)越得到了現實(shí)的體會(huì )。我今天的這個(gè)主題包括這些，首先是一個(gè)總的框架，之后會(huì )講光伏的裝機量和年增量，以及未來(lái)的發(fā)展，另外它作為最大的裝機容量的地位，之后還會(huì )講到西班牙的光伏發(fā)展，還會(huì )說(shuō)到一些光伏組件的發(fā)展，可持續發(fā)展目標SDG12，還有一些材料，還有線(xiàn)性跟循環(huán)的光伏，它的周期有線(xiàn)性的，也有循環(huán)的，這也是澳大利亞的一個(gè)大學(xué)所描述的。目前歐盟已經(jīng)在循環(huán)經(jīng)濟領(lǐng)域有了一些政策，我也會(huì )講到德國的循環(huán)利用，還有就是工業(yè)的循環(huán)利用的需求。

每年都有很多新裝的PV組件，這個(gè)首先會(huì )促進(jìn)能源體系的生態(tài)轉型，但是要解決氣候危機的問(wèn)題，我們就必須要考慮到各種問(wèn)題、各種方面，包括浪費廢棄物的問(wèn)題。德國現在每年都會(huì )有大概六萬(wàn)多噸的廢棄光伏組件，達到了生命周期的終結，很有可能就會(huì )采取填埋的處理方式，像2030年的量就會(huì )達到一百萬(wàn)噸，這也只是德國一個(gè)國家的數字，那么全世界的數字就無(wú)法想象，這些數字必須要得到恰當的處理，我們需要有多重的方式來(lái)應對這些太陽(yáng)能電池板，這個(gè)就涉及到一個(gè)實(shí)際的問(wèn)題，這個(gè)應該怎樣操作呢?現在很多稀少元素在不斷地減少，在未來(lái)會(huì )成為重要的瓶頸，甚至會(huì )阻礙光伏電力在可再生能源供應方面所起到的作用，所以我們必須要進(jìn)行循環(huán)利用，希望德國可以引領(lǐng)光伏的循環(huán)經(jīng)濟，并且成為第一個(gè)實(shí)現工業(yè)層面上循環(huán)利用的國家。這個(gè)可能是非常困難的，技術(shù)本身可能不是非常困難，但是要對其進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化就非常得困難，因為需要有投資回報，而且還需要促進(jìn)可再生能源的發(fā)展。

太陽(yáng)能自2020年以來(lái)，出現了長(cháng)足的發(fā)展，從2020年的不到兩千GW，已經(jīng)發(fā)展到了，預測到2050年會(huì )達到將近一萬(wàn)GW，這是綠色陰影部分所顯示的，這也是2020年以后出現的一個(gè)趨勢。風(fēng)電也是一樣的趨勢，每年的增量可以在圖表當中找到，我們看到電廠(chǎng)級別的是由淺藍色代表的，這個(gè)部分未來(lái)將會(huì )達到一個(gè)平臺期，然后一直維持在這個(gè)水平，每年會(huì )有250GW的增量。這張圖上可以看到技術(shù)所帶來(lái)的總的裝機增量，我們能看到煤炭、天然氣和水電都在出現略微下降，但是風(fēng)電跟光電都在大幅增長(cháng)，而太陽(yáng)能是受技術(shù)利益最多的一只曲線(xiàn)，到2027年將會(huì )是一個(gè)轉折點(diǎn)，如果趨勢維持下去太陽(yáng)能將會(huì )超過(guò)天然氣和煤炭。所以我們能看到太陽(yáng)能未來(lái)將會(huì )超過(guò)煤炭的裝機，成為世界上最大的裝機來(lái)源，這是2027年的一個(gè)預測，將會(huì )達到1500GW。全球的電價(jià)對于陸上風(fēng)電項目來(lái)說(shuō)，已經(jīng)出現了大幅的下降，2020年是39美分，但是2021年就已經(jīng)降到了33美分，太陽(yáng)能也是一樣從55美分降到了48美分，都非常得便宜。

這個(gè)發(fā)展其實(shí)跟我們的可持續發(fā)展目標第12項是息息相關(guān)的，第12項就是負責任的消費跟生產(chǎn)，為了實(shí)現可持續發(fā)展目標12，我們必須要用更少的資源去生產(chǎn)更多的產(chǎn)品，這個(gè)就意味著(zhù)我們需要把利用的自然資源降到最低，同時(shí)也要減少所使用和產(chǎn)生的有毒材料和廢料以及污染物，這個(gè)要在整個(gè)的生產(chǎn)和消費過(guò)程當中實(shí)現，所以這就講到了循環(huán)利用。

哪些東西可以進(jìn)行循環(huán)利用呢?這里面當然是光伏組件當中涉及到的很多材料，有一些是硅基組件，按占比來(lái)看，前幾名的材料分別是銀、銅和錫，這些都是非常重要的金屬材料，但是它們的占比是有很大差別的，比如說(shuō)銀跟錫就只占不到0.1%，但是其他的材料占比就非常大，比如說(shuō)像玻璃是76%，還有塑料等其他的材料，比如說(shuō)銀在光伏組件當中它的含量非常小，但它在成本當中是占比非常高的，成本當中有一半以上都是銀，銅也很類(lèi)似，當然我們還需要硅跟玻璃。

所以光伏的發(fā)展要求我們對于必要的材料進(jìn)行循環(huán)利用，因為只有這些關(guān)鍵和非關(guān)鍵材料都存在，我們才能進(jìn)一步發(fā)展光伏行業(yè)?，F在這些關(guān)鍵材料的采掘都高度集中在一些地方，包括澳大利亞、中國、智利等等，而且加工甚至要比礦產(chǎn)更加得局限，都集中在像中國有50%的石墨供給。光伏發(fā)電在中國占38%，在美國占17%，在歐盟占10%，因此就有一個(gè)非常關(guān)鍵的挑戰，因為有90%的光伏電池板都是由硅晶體制造的，它們是有使用壽命的，最多就只有25到30年，如果我們再回溯到2000年開(kāi)始，新千年的開(kāi)端，這個(gè)生命周期就已經(jīng)結束了，應該怎么做呢?預測顯示到2030年，將會(huì )有800萬(wàn)噸的光伏電池板已經(jīng)達到了生命周期的終結，這個(gè)數據在2050年將會(huì )增長(cháng)到8000萬(wàn)噸，不幸的是現在的回收技術(shù)對于這些電池板來(lái)說(shuō)是非常低效的，而且很少用到，大多數退役的光伏電板最終都會(huì )進(jìn)入填埋。澳大利亞是一個(gè)很好的例子，他們會(huì )產(chǎn)生14萬(wàn)噸的光伏電池板廢棄物，美國累計了將近100萬(wàn)噸，我們這里做了一幅圖，顯示了澳大利亞是怎樣進(jìn)行線(xiàn)性和循環(huán)的生命周期處理。

通過(guò)這樣的一個(gè)圖就能夠簡(jiǎn)明扼要的來(lái)展示不同的理念，我們看到棕色或者是灰色的路徑，而且澳大利亞很多資源是通過(guò)海運實(shí)現的，左邊是一個(gè)線(xiàn)性的模式，澳大利亞和所有的這些物質(zhì)，最后來(lái)進(jìn)行填埋是它的終結，實(shí)際上就是用完即拋，就像普通人在生活當中一樣，所謂的循環(huán)性的光伏產(chǎn)業(yè)是指，比如說(shuō)我們用了便宜的光伏板，但是報廢的時(shí)候怎么來(lái)處理呢?我們可以把它運輸到海外，從哪兒進(jìn)回哪里，來(lái)進(jìn)行循環(huán)處理。這個(gè)字有點(diǎn)小，可能還要進(jìn)行深入的研讀。在中國我想也有自己的循環(huán)路徑，這是昆明大學(xué)展示的一張示意圖，就是PV電廠(chǎng)這些鋁框架，還有光伏的模組，光伏板，它們報廢之后，這些模塊可以進(jìn)行壓碎處理，使用這種酸洗的方式來(lái)提煉出一些浸入液，然后干燥，來(lái)進(jìn)行球墨的研磨，最后可以獲得一些材料，獲得一些合成物質(zhì)，有可能用于電池，但中間還是有一個(gè)空缺的環(huán)節，看上去是一個(gè)循環(huán)，但是儲能實(shí)際上還是停在電動(dòng)車(chē)這一塊，昆明科技大學(xué)也提到就這些報廢光伏板的回收，是有一定的可能性，但是從經(jīng)濟學(xué)的角度來(lái)說(shuō)并不合理，很難來(lái)實(shí)現一個(gè)具有經(jīng)濟的順利回收。

在德國我們非常強調循環(huán)經(jīng)濟，歐盟提出了循環(huán)經(jīng)濟政策包，里面覆蓋54個(gè)已經(jīng)交付的行動(dòng)，現在歐盟出臺了自己的循環(huán)經(jīng)濟行動(dòng)計劃，我這個(gè)寫(xiě)錯了，應該是2022年3月份，歐盟委員會(huì )通過(guò)了全面的報告，關(guān)于光伏發(fā)展的相關(guān)內容，2018年中國和歐盟簽署了循環(huán)經(jīng)濟合作諒解備忘錄，中間就包括光伏的循環(huán)利用合作。

下面來(lái)到德國的回收，有一些工作組，企業(yè)也好，智庫也好，第一個(gè)是Fraunhofer硅光伏研究中心，這個(gè)大家應該都是了解的，它有非常強的研發(fā)實(shí)力，另外還有Reiling，Reiling公司是一家循環(huán)回收的企業(yè)，他們現在是找到了一個(gè)解決方案，在這些廢棄的光伏模板當中，可以把硅回收出來(lái)再復利用，來(lái)生產(chǎn)新的PERC光伏板，右邊的這個(gè)光伏板是100%使用回收的硅，沒(méi)有使用其他來(lái)源的硅料，完全是回收復用的，它的光電轉換率仍然可以達到19.7%，這個(gè)還是相當不錯的一個(gè)轉換率。

這兩家實(shí)體我和他們都有非常好的聯(lián)系，Reiling公司專(zhuān)門(mén)設計了一張幻燈，給大家展示一下。他們在這一塊有15年的光伏組件回收經(jīng)驗，在德國差不多有1萬(wàn)噸的光伏廢棄物，實(shí)際上這個(gè)企業(yè)他們都已經(jīng)收購了，他可以完全的回收，完全制作全新的PERC光伏板，在未來(lái)每年可以回收5萬(wàn)噸，而且是在工業(yè)商業(yè)化的這樣一個(gè)層次，不是像無(wú)底洞一樣往里面投資，已經(jīng)走出了實(shí)驗室，已經(jīng)可以工業(yè)化生產(chǎn)，后續可能在經(jīng)濟效益方面會(huì )進(jìn)一步提升。

首先所有的光電板他們來(lái)進(jìn)行視覺(jué)的檢查，然后進(jìn)行分揀，還能用的就還給光電廠(chǎng)，不能用的就拿走來(lái)進(jìn)行回收，然后德國萊茵會(huì )對企業(yè)來(lái)進(jìn)行認證，認證了后續不會(huì )產(chǎn)生任何的電氣傷害。首先結晶是可能的，實(shí)際上100%回收的硅，結晶是完全可以做到的，不需要引入任何外部的商業(yè)純化硅料。左邊是我們進(jìn)出的這些硅廢棄物，右邊是純潔晶硅料，當然這個(gè)流程如何，這個(gè)里面沒(méi)有給到很多的細節，像光伏的加工處理在德國這個(gè)技術(shù)方面，早就已經(jīng)被中國趕超了，但是總而言之大家來(lái)看一下這個(gè)基本情況吧，最后的結果實(shí)際上是非常高純度的硅料，還有玻璃料，這個(gè)里面有大量的硅粉。

現在還是有一些問(wèn)題，比如說(shuō)在美國存在數據的差距，循環(huán)技術(shù)不充分，基礎設施欠缺，監管出現不確定性，另外還要提升公民意識，讓大家更能接受這樣的做法。我也希望這樣的一個(gè)愿景在未來(lái)可以成為現實(shí)，我們希望德國能夠成為全球在產(chǎn)業(yè)層面實(shí)現完全的光伏循環(huán)經(jīng)濟的領(lǐng)先國家，最后為全球的循環(huán)經(jīng)濟做出貢獻，這是我們構建面向未來(lái)能源體系的一部分，也是非常貼合今年未來(lái)能源大會(huì )的主題。