Динамичное развитие возобновляемой энергетики и введение новых мощностей солнечных электрических станций (СЭС) и ветровых электрических станций (ВЭС) стало поводом для поиска оптимальных вариантов решения проблемы утилизации отработавших элементов ветровых турбин и солнечных панелей. И она может заметно обостриться уже в ближайшее время.На первом этапе государственной программы поддержки альтернативной энергетики 2014–2024 годов велось активное строительство объектов ВИЭ в России. По данным сводного отчета ЕЭС России, к 2023 году установленная мощность СЭС в РФ составила 2215,5 МВт, ВЭС — 2298,4 МВт.
Сейчас успешно локализуется производство компонентов фотоэлектрических станций — гетероструктурных, моно- и поликристаллических модулей. Срок службы солнечных панелей составляет 25–30 лет, элементов ВЭС — 15–25 лет.
Учитывая, что строительство крупных ВЭС и СЭС пришлось на 2018–2022 годы, значительные объемы отработавшего оборудования ВЭС появятся через 8 лет и СЭС — через 18 лет.
Второй этап госпрограммы поддержки ВИЭ, рассчитанный на 2025–2035 годы, ориентирован помимо строительства новых генераций на повышение эффективности, расширение производства и экспорт российского оборудования. Это приведет к необходимости увеличения мощностей по утилизации отработавшего оборудования. Набирающая популярность концепция циркулярной экономики способствует развитию этого направления.
Солнечные панели после 30 лет службы показывают выработку электроэнергии на уровне 79,5% от изначальной. А благодаря современным технологиям их эффективность может составлять более 89%. Но когда срок эксплуатации подходит к концу, отработавшие модули становятся электронным мусором.
Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (IRENA) считает, что годовой объем отходов только отработанных солнечных панелей во всем мире в 2050 году составит 5,5–6 млн тонн. Это более 10% всего электронного мусора, который образуется на Земле всего за один год.
Внимание на удачный опыт
Страны с высокой инсоляцией накопили некоторый опыт по переработке и повторному использованию солнечных панелей.
Около пяти лет назад на заводе во Франции было переработано 94% материала из накопленных 3000 тонн солнечных панелей. Переработка включает разделение слоев панели на составляющие элементы (стекло, кремний, медь, серебро, алюминий, полиэтилен и другие) и возврат их в производство.
Есть опыт производства солнечной панели на 100% из вторичных материалов. Ее эффективность будет немного ниже, чем у современных аналогов премиального уровня, но выше, чем у абсолютного большинства старых модулей.
«Для утилизации солнечных панелей используются рециклинг, донорство и перепродажа, энергетическое использование в случае невозможности эффективной переработки. С помощью многочисленных процессов компании восстанавливают пригодные для использования солнечные фотоэлектрические панели. Разбирают и сортируют непригодные на алюминий, гранулированное стекло, кремний, пластик, клей и другие материалы для повторного использования. Есть проблемы по удалению из переработанных композитных материалов некоторых токсичных компонентов. Научные изыскания по выделению токсичных и ценных элементов продолжаются», — пояснила корреспонденту «Энергетика и промышленность России» доцент кафедры «Инженерная экология и безопасность труда» Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ), кандидат технических наук Лейсан ГАЙНУЛЛИНА.
Лопасти превращаются в…
В Европе в ближайшие два десятилетия может накопиться до 300 000 тонн в год выведенных из эксплуатации лопастей ветряных турбин. Такой прогноз дает торговая ассоциация WindEurope.
Американские экологи подсчитали, что в США к 2050 году на свалке могут оказаться более 2 млн тонн списанных лопастей ветряков. А во всем мире масса всех выведенных из эксплуатации лопастей к середине века может достигнуть 43 млн тонн.
Первое поколение ветряных турбин изготавливалось из стекловолокна и эпоксидных смол, нанесенных поверх пробкового дерева, что ограничивает возможности их переработки. Утилизация этих ветрогенераторов дорого стоит и влечет дополнительные выбросы углекислого газа при транспортировке отслуживших деталей.
Международный коллектив дизайнеров Superuse Studios в 2007–2008 годах начал применять старые лопасти ветряных турбин, оформляя детские площадки, а компания Blade Bridge использует их части в качестве элементов мостов, уличной мебели, мачт освещения и прочих.
Спектр повторного использования изначально неперерабатываемых лопастей этим не ограничивается. Компания Veolia North America осуществляет программу, в рамках которой гигантские лопасти измельчают до волокон и добавляют в цемент. Это также помогает снизить выбросы CO2 и потребление воды по сравнению с традиционным производством цемента.
Датская компания LM Wind Power научилась делать на 100% перерабатываемые лопасти и даже начала использовать для их производства вторичное сырье, например, пластиковые бутылки. Китайская компания Goldwind использует старые лопасти ветрогенераторов как сырье для 3D-печати.
Есть опыт использования выведенных из эксплуатации лопастей ветрогенераторов в качестве шумоподавляющих барьеров на автомагистралях. Также решением данной проблемы является измельчение лопастей и использование полученного вторсырья при производстве досок, отделочных материалов и композитных материалов в строительстве.
Необходимо отметить, что расширение списка технологий переработки и вариантов повторного использования лопастей продолжается. Компании активно ищут новые способы превращения в полезные вещи каждой детали ветряка, которая отслужила свой срок.
Некоторые даже предлагают использовать творческий подход к утилизации старых лопастей. Так, независимый инженер ветряных турбин Бехзад Рахнама написал дипломную работу о переделке морских ветряных турбин в искусственные рифы. По его словам, хотя идея не была проверена, она вызвала большой интерес. Специалист особенно подчеркнул, что все используемые в лопастях материалы являются нетоксичными для морских обитателей.
Цена вопроса
«Стоимость переработки солнечных модулей в Китае выше стоимости материалов, которые можно извлечь из модуля. Стоимость переработки солнечных панелей в России также пока превышает возможную прибыль, поэтому отработавшие панели попадают на свалку.
Российскими учеными ведутся разработки эффективных методов утилизации оборудования ВЭС и СЭС. Следующими шагами в этом направлении должны быть создание специализированной инфраструктуры по переработке фотоэлементов и составляющих ветроустановки и разработка законодательной базы на государственном уровне для контроля и регулирования процесса утилизации, — отметила Лейсан Гайнуллина. — Опыт стран, активно использующих ВИЭ, очень разнообразен. Так, в США утилизация панелей регулируется Законом о сохранении и восстановлении ресурсов. В Японии разработана дорожная карта сбора, переработки и надлежащего обращения с оборудованием с истекшим сроком эксплуатации.
Возможный вариант ценовой политики утилизации отходов ВИЭ — использование принципов циркулярного производства и включение переработки в производственный цикл».
Только не на свалку
Принимая во внимание имеющиеся технологии, можно говорить о возможном высоком уровне переработки отходов от ВИЭ. И если сейчас доступность тех или иных решений напрямую зависит от их стоимости, то в перспективе она будет снижаться по мере развития рынка. При этом применение доступных решений на практике зависит и от природопользователей, и от госрегулирования. И даже от позиции населения. К примеру, оно может требовать от властей внедрения безопасных технологий.
Чего не должно быть точно, так это отправки на свалку отслуживших элементов ВИЭ. Данный вопрос должен регулироваться соответствующими законами. Чаще всего по закону производители должны принимать и перерабатывать старые лопасти, ветрогенераторы, панели и другое оборудование ВИЭ. Это позволит снизить нагрузку на окружающую среду. Но эксперты убеждены, что отладкой подобной системы следует заниматься до того, как массово начнут истекать сроки службы элементов ВИЭ.
Впрочем, необходимо решать не только вопросы переработки, но и заниматься уменьшением количества материалов, которые используются при производстве объектов ВИЭ, чтобы в будущем получать меньше отходов в виде отслуживших солнечных панелей или лопастей ветряков, а также находить замену вредным элементам. Так, уже сейчас производители оборудования стараются в меньшей степени использовать свинец при изготовлении ветряков и солнечных панелей.
