Holz und Zuckerrohr: Fraunhofer Halle baut Bio-Solarmodule
Forscher wollen Sonnenenergie-Sammler wieder in den großen Kreislauf einschießen
Halle, 29. August 2024. Um eine echte Kreislaufwirtschaft in der Solar-Branche anzuschieben, haben Hallenser Fraunhofer-Forscher nun Photovoltaik-Module (PV) entwickelt, die zumindest teilweise aus Holz, Zuckerrohr und anderen nachwachsenden oder gut wiederverwertbaren Stoffen gemacht sind. In Alterungs-, Wärme-, Feuchte- und Temperaturwechsel-Tests habe sich gezeigt, dass die Bio-Solarmodule klassischen Lösungen aus Metall ebenbürtig sind, versichert das federführende „Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik“ (CSP) in Halle.
Im Betrieb sind Solaranlagen „öko“ – doch Produktion frisst Ressourcen
Auslöser für das Forschungsprojekt „E2 – E-Quadrat. Erneuerbare Energien aus Erneuerbaren Rohstoffen“ war die bisherige Umweltbilanz von Solartechnik: Im laufenden Betrieb verbrauchen Photovoltaik-Anlagen zwar kaum irdische Ressourcen. Auch sind sie im Vergleich zu Energietechnik auf der Basis von Kohle, Gas und Erdöl abgasfrei. Über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg betrachtet, sieht die Bilanz allerdings nicht ganz so günstig aus: Das Kernmaterial Silizium wird aufwendig und mit hohem Energieeinsatz gewonnen und aufbereitet. Dazu braucht man – je nach Bauweise – Stahl, Aluminium, Glas, erdölbasierte Folien und das giftige Schwermetall Blei. Und: Die einmal fest zusammengefügten Materialschichten eines Solarmoduls wieder zu trennen,wenn sie an ihrem „Lebensende“ angekommen sind, ist auch kompliziert.
Solarmodule sind bisher „schwer aufzutrennendes Abfallprodukt“ ohne Recyclingkonzept
„Nach dem Ende der durchschnittlichen Betriebsphase und Lebensdauer von Solarmodulen, die aktuell bei 20 bis 25 Jahren liegt, stellen die PV-Altmodule ein wertstoffhaltiges, aber schwer aufzutrennendes Abfallprodukt dar, wofür es gegenwärtig kein konkretes Recyclingkonzept gibt“, betonen die Hallenser Ingenieure. „Ein Großteil der Komponenten wird aktuell entweder verbrannt oder zu minderwertigen Produkten ,downgecycelt’.“ Zwar gibt es inzwischen technologische Ansätze für ein effizientes Solarmodul-Recycling. An deren Entwicklung waren die Hallenser Fraunhofer-Experten sowie das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) aus Freiburg beteiligt. Breit durchgesetzt haben sie sich bisher aber noch nicht.
Irina rechnet im Jahr 20250 mit 78 Millionen Tonnen Solarmodul-Abfall weltweit
Und dabei geht es nicht im Kleinigkeiten: Die „Internationale Agentur für erneuerbare Energien“ (Irina) geht davon aus, das die weltweiten Abfallberge aus alten Solarmodulen bis 2050 auf rund 78 Millionen Tonnen wachsen könnten. Der richtig große Abfallschwung dürfte sich jetzt herade aufbauen: In den 1990er Jahren begann der massenhafte Solaranlagen-Bau – und diese Module nähern sich nun dem Ende ihrer Betriebszeit.
Daher haben die Fraunhofer-Forscher nach Ersatz für jene Modul-Komponenten gesucht, die nicht unmittelbar an den Energiewandungs-Prozessen (wie eben Silizium) beteiligt sind. Die Vorgabe: Sie sollen biologisch abbaubar, wiederverwertbar sind oder aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen. Dabei habe das Team die gesamte Wertschöpfungskette berücksichtigt, betont CSP-Projektleiter Ringo Köpge: „Von der Herstellung aus Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen über die eigentliche Betriebsphase bis zur stofflichen Verwertung und Rückführung in den Wertstoffkreislauf am Ende der Betriebszeit.“
Rahmen aus Holz statt Metall, Silberkleber statt Blei-Lot
Tatsächlich sind die Tüftler fündig geworden: Ihr Bio-Solarmodul mit 380 Watt Leistung hat einen Rahmen mit hohem Holzanteil, der sich „komplett recyceln und wieder in die Modulproduktion einschleusen“ lässt, wie die CSP-Experten versichern. Statt die einzelnen Solarzellen mit Blei zu verlöten, haben die Ingenieure einen Klebstoff mit elektrisch leitfähigen Silberpartikel angerührt und die Zellen damit kontaktiert und an Drähten befestigt.
Kapsel-Folie aus Zuckerrohr gewonnen
Weitere Besonderheiten: „Die Rückseitenabdeckung des Moduls besteht aus einer Folie, die zu 30 Prozent aus recyceltem Polyethylenterephthalat, also PET, besteht“, berichtert das CSP-Team. Die Ethylenvinylacetat-Folie (EVA), die als transparente Kunststoffschicht bei der Produktion von Solarmodulen eingesetzt werde und die Zellen gegen schädliche Außeneinflüsse verkapsele, bestehe beim Bio-Solarmodul zu 60 Prozent aus biobasiertem Zuckerrohr-Ethylen. „Aktuell wird bei den Modulen noch ausschließlich EVA aus fossilen Rohstoffen verwendet, das recycelt oder entsorgt werden muss.“
Ob sich das Konzept in der Solarindustrie durchsetzt, bleibt abzuwarten. An der Entwicklung hatten sich aber auch bereits Partner aus der Wirtschaft wie die Holz-Firma „Novo-Tech“ aus Aschersleben beteiligt, berichtet das CSP-Mutterinstitut, das „Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen“ (IMWS) aus Halle.
Autor: Oiger
Quellen: CSP, IMWS, Oiger-Archiv, Wikipedia, Irina
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