Liquéfaction oxydative : une avancée dans le recyclage des panneaux solaires

Alors que le monde accélère sa transition vers les énergies renouvelables, l’énergie solaire est devenue la pierre angulaire des efforts mondiaux de décarbonation. Cependant, la prolifération rapide des panneaux photovoltaïques (PV) pose un défi urgent, souvent négligé : que faire de ces panneaux à la fin de leur durée de vie de 25-à-30 ans. Avec environ 8 millions de tonnes de déchets solaires qui devraient s’accumuler chaque année d’ici 2030, l’industrie est confrontée à une pression croissante pour développer des technologies de recyclage efficaces et respectueuses de l’environnement. Parmi les solutions les plus prometteuses figure un nouveau processus connu sous le nom de liquéfaction oxydative, une méthode de recyclage chimique qui pourrait redéfinir la façon dont nous récupérons les matériaux précieux des modules solaires mis hors service.

Le recyclage des panneaux solaires traditionnels nécessite une grande quantité d’énergie thermique et physique. Les composants recyclables d’un panneau solaire traditionnel sont le verre et les métaux, qui ont tous deux des filières de recyclage établies. Cependant, la partie la plus difficile du recyclage d'un panneau solaire est l'EVA (éthylène-acétate de vinyle) utilisé comme encapsulant. Aujourd’hui, dans la plupart des installations de recyclage, les panneaux solaires de construction conventionnelle sont broyés ou traités thermiquement en les brûlant à très haute température. Ce processus brûle l'encapsulant des cellules solaires, mais libère des quantités importantes de gaz toxiques dans l'atmosphère, nécessite de grandes quantités d'énergie et aboutit à des matériaux récupérés de faible-pureté, qui sont généralement recyclés-en produits de faible-qualité.

Nous assisterons à un changement radical dans la façon dont nous considérons nos déchets. La liquéfaction oxydative est une méthode alternative développée pour l’élimination de la biomasse et des plastiques. Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer en Allemagne et du Laboratoire national des énergies renouvelables aux États-Unis ont utilisé des travaux dans d'autres domaines de recherche pour proposer de nouvelles méthodes d'élimination des modules photovoltaïques (PV). Ceci est accompli en déchiquetant ou non les anciens modules photovoltaïques, puis en plaçant les modules dans un environnement chimique contrôlé composé de plusieurs liquides différents (eau, solvants organiques, agents oxydants tels que le peroxyde d'hydrogène) et en les exposant à une chaleur et une pression modérées dans un réacteur d'oxydation. L'encapsulation EVA polymère réticulé -des modules PV est clivée par oxydation au cours de la réaction d'oxydation qui se produit dans le réacteur d'oxydation, et ainsi, les hydrocarbures à longue chaîne carbonée-sont convertis en hydrocarbures fragmentés solubles en étant oxydés par l'oxygène au cours de cette réaction.

Cette conversion du latex EVA en produits liquides (ou, dans certains cas, cireux) peut prendre aussi peu que 30 à 60 minutes et libérera tous les autres composants (verre, cellules de silicium et métaux) du matériau encapsulé sans les altérer chimiquement. Une fois le matériau traité de cette manière, le processus de refroidissement et de filtration permettra (1) de récupérer le verre en feuilles entières et propres et (2) de délaminer les cellules de silicium sans fractures afin de maintenir leur propreté. De plus, les métaux (argent et cuivre) résultant des joints de soudure des cellules de silicium se sépareront et se déposeront en un seul résidu solide qui pourra être facilement séparé en utilisant des méthodes de séparation par densité ou de séparation électrostatique.

Par rapport à la pyrolyse thermique (500 à 600 degrés) ou au déchiquetage mécanique, la liquéfaction oxydative fonctionne à des températures plus basses, réduisant ainsi la consommation d'énergie d'environ 40 à 60 %. Il ne produit aucun gaz toxique-tel que le fluorure d'hydrogène ou les dioxines-sous-produits courants de la combustion de feuilles de fond halogénées. De plus, le processus génère des sous-produits chimiques réutilisables : la fraction organique liquéfiée peut être raffinée en produits chimiques de base ou en additifs pour carburants, ajoutant ainsi des sources de revenus aux recycleurs.

Les premières études pilotes démontrent des taux de récupération impressionnants. Dans un essai mené en 2023 par un consortium européen, la liquéfaction oxydative a permis d’obtenir :

Récupération de verre pur de 90 à 95 % (with >85 % de feuilles intactes)

Récupération de silicium à 96 %(avec une contamination métallique négligeable)

Récupération d'argent à 98 %des doigts de cellule et des jeux de barres.

Ces chiffres contrastent fortement avec le recyclage mécanique conventionnel, qui ne récupère généralement que 60 à 70 % du verre et perd la majeure partie de l'argent (<20% recovery) due to comminution.

Malgré ses promesses, la liquéfaction oxydative n'est pas encore prête pour un déploiement à l'échelle du gigawatt-. Deux obstacles majeurs demeurent : le coût du réacteur et le temps de réaction. Cependant, les progrès récents dans la conception des réacteurs à flux continu-et les oxydants-moins coûteux comme l'air (plutôt que l'oxygène pur) comblent l'écart. Une évaluation du cycle de vie 2024-de l'Université technique du Danemark a révélé que si elle était mise en œuvre à une échelle de 10 000 tonnes par an, la liquéfaction oxydative pourrait être compétitive en termes de coût-par rapport aux frais de mise en décharge dans les pays de l'UE, en particulier si l'on prend en compte les revenus de l'argent récupéré.

L’industrie de l’énergie solaire commence à reconnaître l’importance de la liquéfaction oxydative. La SEIA a officiellement qualifié la liquéfaction oxydative de « technologie émergente importante » dans sa feuille de route nationale de recyclage des panneaux photovoltaïques datant de mai 2024. De nombreuses startups, dont SolCycle en Allemagne et PV Renew au Canada, prévoient de mettre en place des projets pilotes d'ici la fin 2025 qui traiteront 5 000 tonnes de panneaux solaires en fin de vie par an au cours de leur première phase de fonctionnement.

Alors que les installations solaires continuent de croître rapidement (la capacité mondiale devrait dépasser 6 térawatts d'ici 2030), les opportunités de recyclage évolutif, propre et respectueux de l'environnement continueront de s'estomper. La liquéfaction oxydative offre à l'industrie solaire une solution technique significative et établit également un modèle pour créer une économie photovoltaïque véritablement circulaire (les panneaux d'aujourd'hui devenant les matières premières de demain) sans impact négatif sur l'environnement. Les seuls obstacles restants se situent dans les domaines de l’investissement et d’une bonne coordination. Cependant, après avoir été considéré comme une industrie très polluante en ce qui concerne ses produits en fin de vie-de-produits, ce nouveau développement chimique a le potentiel d'aligner enfin le cycle de vie de l'industrie solaire et sa promesse d'énergie propre.