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新經濟

工研院推易拆太陽能板,報廢後也能完整回收利用

原文自《遠見雜誌》2023年04月號〈推出易拆太陽能板,工研院解決回收難題〉

聯合再生太陽能事業總經理沈維鈞(右)和工研院材料與化工研究所副所長賴秋助(左)攜手合作,解決廢棄太陽能板的回收難題。蘇義傑攝

| 攝影 蘇義傑、張智傑

未來四年內,太陽能發電量有可能超過煤炭和天然氣,但太陽能板「退休」後淪廢棄物,卻會汙染環境。工研院攜手聯合再生、三芳化學推出「易拆解太陽能模組」,從源頭解決難題。

2050淨零排放路徑藍圖發布後的一年之間,「發明大王」工研院像個減碳技術的百寶箱,瘋狂向企業輸出各種淨零高科技。

幫忙中鋼將煉鋼時所產生的二氧化碳氣體捕捉下來、與工程設備大廠帆宣合作回收製程中的廢氫用於發電、協助「台灣檸檬王」永大把檸檬皮變成牛飼料以減少甲烷⋯⋯,種種創新解決方案,背後都有工研院的頂尖團隊出謀劃策。

延伸閱讀:廢氣變黃金?中鋼、工研院開發碳捕捉神器

技術走出實驗室,邁向商業化的道路,工研院支撐起台灣碳中和技術的半壁江山。

其中,一項歷經五年開發並技轉的「易拆解太陽能模組」,尤其擁有獨特利基,可望為台灣太陽能電池業者擺脫中國大陸的低價競爭,走上世界舞台,開創出新的國際循環商機。

回顧10多年前,太陽能在全球的能源競賽中微不足道。在所有主要電力來源中,太陽能發電占比最小,不足1%,但現在有了巨大的變化。

根據國際能源署(IEA)2023年最新發布,在未來四年內,太陽能發電有可能在2027年前超過煤炭和天然氣,成為主要的發電方式。

如此看來,全球乾淨能源的主流,非太陽能發電莫屬,預計未來五年每年的安裝數量都將打破紀錄。

廢棄太陽能板,成了新環境公害

太陽能登為發電領域霸主,隨之而來的問題是:太陽能電池也有「退休年齡」,使用20~25年後便會壽終正寢。

當這些太陽能板走到生命的盡頭,等待著它們的會是什麼呢?按照當下處理報廢太陽能板的方式,多為粗暴攪碎或草草掩埋,卻又因材質混雜難以純化,形成了環境汙染的新負擔。

2018年起,在台灣不斷有廢棄的太陽能板被棄置在路邊和田間的畫面被拍到,令人意識到事態嚴重,也重創了綠能形象。欣欣向榮的太陽能裝置量背後,竟存在著「陰暗面」。

「我們就收到長官的詢問,想知道這件事有沒有一個比較好的解決方案?」工研院材料與化工研究所副所長賴秋助說,於是開始著手研發如何回收太陽能板,並再利用。

試過各種「拆解大法」後,賴秋助發現太陽能板回收並沒有這麼簡單,因為它是由不同材料製成的多層器件,不妨把它想像成一個三明治,每一層材料需要的回收方法,都是不一樣的。

特別是黏合各層材料的EVA封裝膠,將各模組緊密黏合,難以拆解,導致各層的材料不容易被完整分離開來。

圖/太陽能雖是未來再生能源的主流,但也有「退休年齡」,必須從產品設計源頭解決。張智傑攝

賴秋助帶領團隊,在初期不被看好的情況下埋頭研發。他以循環利用為初衷,最後開發出創新的膠合膜材,可取代傳統的EVA封膠。只要透過溫度調控,就能讓黏著材料熱裂解,進而使太陽能模組原本緊密結合、難以拆解的各層材料,輕鬆脫落分離。

拆解後的完整電池片,一來得到高純度的再生矽晶片,可以「重新投胎」製造成新的太陽能電池;二來玻璃面板也可完整保留,轉作建築材料或傢俱使用。三者,還能取出更多高單價的貴金屬材料,例如電池片電極線上的銀。

「這樣就直接有了非常低碳足跡的矽晶片,」賴秋助指出,矽本身是從沙子一路加熱變成矽晶片,光是加熱,就耗掉了很多能源。如今採取新法回收,就不必再耗費電力提煉矽砂,減少溫室氣體的產生。

更何況,無論是矽砂、玻璃還是銀,皆需地下開採,難免產生水汙染,原物料會愈來愈稀缺,運輸過程也會產生二氧化碳。為避免這些問題,最佳解方是從產品一開始設計,便思考如何循環利用。

延伸閱讀:屋頂上的太陽,到底能不能?

減少逾50%碳排,降低對進口原料依賴

創新材料研發成功後,工研院順利找到台灣最大的太陽能電池公司聯合再生,導入相關技術,再結合三芳化學生產新式膠材,預計於2023年第二季導入商用。「而且,生產線只要做小規模的調整就可以了,」聯合再生太陽能事業總經理沈維鈞讚賞道。

「從搖籃到搖籃」的循環概念,工研院估計將使廢棄太陽能板的回收價值,從每1百萬瓩(GW)6億元,大幅提高為24億元,為太陽能產業創造嶄新的循環經濟模式。

同時,這些經過回收後的「二手材料」,可降低對進口原料的依賴,進而帶動碳排放量減少50%以上。

易拆解模組更於2022年10月,獲得德國萊因認證機構的肯定,頒發了台灣第一張「國際電工委員會」國際證書。

台灣德國萊因產品技術代表柯樂格(Michael Kroeger)對工研院表示,通過萊因認證,代表該產品不論在結構材料及生產方面,均已達到應有的安全性與可靠度,所獲得的兩項標準,也是太陽能模組進入國際市場的必備通行證。

圖/邱莉燕整理

「我總是覺得要打國際戰,不要只在台灣,」工研院副院長暨循環經濟策略辦公室主任彭裕民看得更遠,不但台灣太陽能電池製造將藉此增添新的競爭力,還解決了世界各國目前在回收太陽能板所面臨的痛點:「我們這樣產業轉型,可以到國際上去幫助別人。」

由於太陽能板垃圾潮即將來襲──環保署估計,2023年,全台就將產生1萬公噸廢棄太陽能板,2035年後每年將超過10萬公噸,數量皆相當驚人。

在國際上,國際可再生能源機構預測,到2030年代初,預計每年會產生大量廢棄太陽能電池板,到2050年可能多達7800萬噸。

如今,台灣在太陽能板生命週期的解決方案上,取得了重大進展,既避免了垃圾掩埋場將堆滿報廢的太陽能板的不堪,同時化世界危機為商機。

「政府要更勇敢一點,率先從法令上鼓勵本土採用易拆解太陽能模組,」彭裕民建議,「台灣2050淨零排放路徑藍圖」的目標,是在2025年太陽光電累計設置量達到20GW。

其中新增的太陽能板,不妨就先採用可回收太陽能電池,比例再從20%、40%至80%般逐年增加:「你這樣做,別的國家就會跟著來!」

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