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(xù) 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(guó)能源研究會(huì)與中國(guó)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(nèi)容根據(jù)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(jì)的話，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(xiàn)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(jī)量和年增量，以及未來(lái)的發(fā)展，另外它作為最大的裝機(jī)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(xù)發(fā)展目標(biāo)SDG12，還有一些材料，還有線性跟循環(huán)的光伏，它的周期有線性的，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(jì)領(lǐng)域有了一些政策，我也會(huì)講到德國(guó)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(zhuǎn)型，但是要解決氣候危機(jī)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(fèi)廢棄物的問(wèn)題。德國(guó)現(xiàn)在每年都會(huì)有大概六萬(wàn)多噸的廢棄光伏組件，達(dá)到了生命周期的終結(jié)，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(dá)到一百萬(wàn)噸，這也只是德國(guó)一個(gè)國(guó)家的數(shù)字，那么全世界的數(shù)字就無(wú)法想象，這些數(shù)字必須要得到恰當(dāng)?shù)奶幚恚覀冃枰卸嘀氐姆绞絹?lái)應(yīng)對(duì)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(yīng)該怎樣操作呢?現(xiàn)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?xí)璧K光伏電力在可再生能源供應(yīng)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(guó)可以引領(lǐng)光伏的循環(huán)經(jīng)濟(jì)，并且成為第一個(gè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)層面上循環(huán)利用的國(guó)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(duì)其進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化就非常得困難，因?yàn)樾枰型顿Y回報(bào)，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(xiàn)了長(zhǎng)足的發(fā)展，從2020年的不到兩千GW，已經(jīng)發(fā)展到了，預(yù)測(cè)到2050年會(huì)達(dá)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(xiàn)的一個(gè)趨勢(shì)。風(fēng)電也是一樣的趨勢(shì)，每年的增量可以在圖表當(dāng)中找到，我們看到電廠級(jí)別的是由淺藍(lán)色代表的，這個(gè)部分未來(lái)將會(huì)達(dá)到一個(gè)平臺(tái)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(jī)增量，我們能看到煤炭、天然氣和水電都在出現(xiàn)略微下降，但是風(fēng)電跟光電都在大幅增長(zhǎng)，而太陽(yáng)能是受技術(shù)利益最多的一只曲線，到2027年將會(huì)是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，如果趨勢(shì)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(jī)，成為世界上最大的裝機(jī)來(lái)源，這是2027年的一個(gè)預(yù)測(cè)，將會(huì)達(dá)到1500GW。全球的電價(jià)對(duì)于陸上風(fēng)電項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，已經(jīng)出現(xiàn)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(xù)發(fā)展目標(biāo)第12項(xiàng)是息息相關(guān)的，第12項(xiàng)就是負(fù)責(zé)任的消費(fèi)跟生產(chǎn)，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)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(fèi)過(guò)程當(dāng)中實(shí)現(xiàn)，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(dāng)然是光伏組件當(dāng)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(dāng)中它的含量非常小，但它在成本當(dāng)中是占比非常高的，成本當(dāng)中有一半以上都是銀，銅也很類似，當(dāng)然我們還需要硅跟玻璃。

所以光伏的發(fā)展要求我們對(duì)于必要的材料進(jìn)行循環(huán)利用，因?yàn)橹挥羞@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)。現(xiàn)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(guó)、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(guó)有50%的石墨供給。光伏發(fā)電在中國(guó)占38%，在美國(guó)占17%，在歐盟占10%，因此就有一個(gè)非常關(guān)鍵的挑戰(zhàn)，因?yàn)橛?0%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?cè)倩厮莸?000年開(kāi)始，新千年的開(kāi)端，這個(gè)生命周期就已經(jīng)結(jié)束了，應(yīng)該怎么做呢?預(yù)測(cè)顯示到2030年，將會(huì)有800萬(wàn)噸的光伏電池板已經(jīng)達(dá)到了生命周期的終結(jié)，這個(gè)數(shù)據(jù)在2050年將會(huì)增長(zhǎng)到8000萬(wàn)噸，不幸的是現(xiàn)在的回收技術(shù)對(duì)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(shù)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(guó)累計(jì)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(yùn)實(shí)現(xiàn)的，左邊是一個(gè)線性的模式，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(jié)，實(shí)際上就是用完即拋，就像普通人在生活當(dāng)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(bào)廢的時(shí)候怎么來(lái)處理呢?我們可以把它運(yùn)輸?shù)胶Ｍ?，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(guó)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電廠這些鋁框架，還有光伏的模組，光伏板，它們報(bào)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(jié)，看上去是一個(gè)循環(huán)，但是儲(chǔ)能實(shí)際上還是停在電動(dòng)車這一塊，昆明科技大學(xué)也提到就這些報(bào)廢光伏板的回收，是有一定的可能性，但是從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度來(lái)說(shuō)并不合理，很難來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有經(jīng)濟(jì)的順利回收。

在德國(guó)我們非常強(qiáng)調(diào)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，歐盟提出了循環(huán)經(jīng)濟(jì)政策包，里面覆蓋54個(gè)已經(jīng)交付的行動(dòng)，現(xiàn)在歐盟出臺(tái)了自己的循環(huán)經(jīng)濟(jì)行動(dòng)計(jì)劃，我這個(gè)寫(xiě)錯(cuò)了，應(yīng)該是2022年3月份，歐盟委員會(huì)通過(guò)了全面的報(bào)告，關(guān)于光伏發(fā)展的相關(guān)內(nèi)容，2018年中國(guó)和歐盟簽署了循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(guó)的回收，有一些工作組，企業(yè)也好，智庫(kù)也好，第一個(gè)是Fraunhofer硅光伏研究中心，這個(gè)大家應(yīng)該都是了解的，它有非常強(qiáng)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(xiàn)在是找到了一個(gè)解決方案，在這些廢棄的光伏模板當(dāng)中，可以把硅回收出來(lái)再?gòu)?fù)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(fù)用的，它的光電轉(zhuǎn)換率仍然可以達(dá)到19.7%，這個(gè)還是相當(dāng)不錯(cuò)的一個(gè)轉(zhuǎn)換率。

這兩家實(shí)體我和他們都有非常好的聯(lián)系，Reiling公司專門設(shè)計(jì)了一張幻燈，給大家展示一下。他們?cè)谶@一塊有15年的光伏組件回收經(jīng)驗(yàn)，在德國(guó)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(gòu)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(yàn)室，已經(jīng)可以工業(yè)化生產(chǎn)，后續(xù)可能在經(jīng)濟(jì)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，不能用的就拿走來(lái)進(jìn)行回收，然后德國(guó)萊茵會(huì)對(duì)企業(yè)來(lái)進(jìn)行認(rèn)證，認(rèn)證了后續(xù)不會(huì)產(chǎn)生任何的電氣傷害。首先結(jié)晶是可能的，實(shí)際上100%回收的硅，結(jié)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(dāng)然這個(gè)流程如何，這個(gè)里面沒(méi)有給到很多的細(xì)節(jié)，像光伏的加工處理在德國(guó)這個(gè)技術(shù)方面，早就已經(jīng)被中國(guó)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(jié)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(xiàn)在還是有一些問(wèn)題，比如說(shuō)在美國(guó)存在數(shù)據(jù)的差距，循環(huán)技術(shù)不充分，基礎(chǔ)設(shè)施欠缺，監(jiān)管出現(xiàn)不確定性，另外還要提升公民意識(shí)，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(xiàn)實(shí)，我們希望德國(guó)能夠成為全球在產(chǎn)業(yè)層面實(shí)現(xiàn)完全的光伏循環(huán)經(jīng)濟(jì)的領(lǐng)先國(guó)家，最后為全球的循環(huán)經(jīng)濟(jì)做出貢獻(xiàn)，這是我們構(gòu)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。