Die Mülldeponien in Kalifornien füllen sich mit giftigen Solarmodulen

Kalifornien war ein Pionier bei der Förderung von Solarenergie auf Dächern und hat den größten Solarmarkt in den USA aufgebaut. Mehr als 20 Jahre und 1,3 Millionen Dächer später wird die Rechnung fällig.

Ab 2006 konzentrierte sich der Staat darauf, wie man Menschen Anreize für die Nutzung von Solarenergie bieten könnte, und überschüttete Hausbesitzer, die Photovoltaikmodule installierten, aber keinen umfassenden Plan zu deren Entsorgung hatten, mit Subventionen. Jetzt nähern sich die im Rahmen dieser Programme erworbenen Module dem Ende ihres typischen 25- bis 30-jährigen Lebenszyklus.

Fürs Protokoll:

In einer früheren Version dieses Artikels wurde das Umweltrisiko durch Schwermetalle in Photovoltaikanlagen für Verbraucher falsch dargestellt. Diese Geschichte wurde bearbeitet, um klarzustellen, dass Module, die giftige Materialien enthalten, zur Entsorgung auf Mülldeponien mit zusätzlichen Schutzmaßnahmen gegen Auslaufen geleitet werden, und um darauf hinzuweisen, dass Module, die Cadmium und Selen enthalten, hauptsächlich in Anwendungen für Versorgungszwecke verwendet werden.

In einer früheren Version dieses Artikels wurde außerdem eine Aussage von Evelyn Butler, Vizepräsidentin für technische Dienste bei der Solar Energy Industries Assn., fälschlicherweise Jen Bristol, der leitenden Kommunikationsdirektorin der Gruppe, zugeschrieben. Außerdem wurde die Gruppe fälschlicherweise als Solar Energy Industry Assn identifiziert.

In einer früheren Version dieses Artikels wurden Zitate von Jigar Shah, dem Direktor des Kreditprogrammbüros des Energieministeriums, auch nicht richtig ihrer Quelle zugeordnet, einem Interview mit dem PV Magazine aus dem Jahr 2020. Der Artikel wurde außerdem aktualisiert, um Shahs aktuelle berufliche Zugehörigkeit sowie die von Sam Vanderhoof widerzuspiegeln.

In einer früheren Version dieses Artikels wurde auch angegeben, dass der Lebenszyklus von Photovoltaikmodulen 25 Jahre beträgt; Der Text wurde aktualisiert, um zu berücksichtigen, dass 25 bis 30 Jahre die typische Nutzungsdauer, aber kein fester Grenzwert sind. Darüber hinaus wurde in einer Diskussion über den Transport von Photovoltaikmodulen zu Recycling- oder Sonderabfallentsorgungsanlagen das Wort „Zellen“ aus Gründen der Genauigkeit in „Panels“ geändert.

Viele landen bereits auf Mülldeponien, wo sie in einigen Fällen möglicherweise das Grundwasser mit giftigen Schwermetallen wie Blei, Selen und Cadmium verunreinigen könnten.

Sam Vanderhoof, Experte für die Solarbranche und Geschäftsführer von Recycle PV Solar, sagt, dass nur eines von zehn Modulen tatsächlich recycelt wird. Dies geht aus Schätzungen hervor, die auf Daten der Internationalen Agentur für Erneuerbare Energien zu stillgelegten Modulen und von Branchenführern basieren.

Die drohende Herausforderung beim Umgang mit LKW-Ladungen voller Abfälle, von denen einige kontaminiert sind, zeigt, wie eine fortschrittliche Umweltpolitik in der Zukunft zu unvorhergesehenen Problemen führen kann.

„Die Branche soll grün sein“, sagte Vanderhoof. „Aber in Wirklichkeit geht es nur ums Geld.“

Kalifornien hat sich schon früh für die Solarenergie entschieden. Bis 2006, als die California Public Utilities Commission die California Solar Initiative gründete, trugen kleine staatliche Rabatte kaum dazu bei, den Preis von Solarmodulen zu senken oder deren Einführung zu fördern. Damit wurden 3,3 Milliarden US-Dollar an Zuschüssen für die Installation von Solarmodulen auf Dächern gewährt.

Geschäft

Ein Mangel an Aluminiumdosen hat Anfang des Jahres einige kalifornische Brauereien fast lahmgelegt. Ein langfristiges Problem droht immer noch: Kaliforniens ineffektiver Recyclingapparat.

Die Maßnahme übertraf ihre Ziele, indem sie die Preise für Solarpaneele senkte und den Anteil der Sonne am Strom des Staates erhöhte. Aufgrund dieser und anderer Maßnahmen, wie etwa der Auflage, dass Energieversorger einen Teil ihres Stroms aus erneuerbaren Quellen beziehen müssen, macht Solarenergie mittlerweile 15 % des Stroms des Staates aus.

Doch während Kalifornien sein Programm für erneuerbare Energien vorantreibt und sich dabei auf Rabatte und – neuerdings – eine vorgeschlagene Solarsteuer konzentriert, wurden die Fragen zum Umgang mit dem Abfall, der Jahre später anfallen würde, nie vollständig geklärt. Jetzt erkennen sowohl die Regulierungsbehörden als auch die Panelhersteller, dass sie nicht über die nötigen Kapazitäten verfügen, um die nächsten Schritte zu bewältigen.

„Dieser Müll wird wahrscheinlich früher ankommen, als wir erwartet hatten, und es wird eine riesige Menge Abfall sein“, sagte Serasu Duran, Assistenzprofessor an der Haskayne School of Business der University of Calgary in Kanada. „Obwohl der Schwerpunkt auf dem Aufbau dieser erneuerbaren Kapazitäten lag, wurde dem Ende der Lebensdauer dieser Technologien kaum Beachtung geschenkt.“

Duran war Co-Autor eines kürzlich im Harvard Business Review erschienenen Artikels, in dem er feststellte, dass die „Kapazitäten der Branche völlig unvorbereitet sind für die Flut an Verschwendung, die wahrscheinlich kommen wird“.

Es ist nicht nur ein Problem in Kalifornien, sondern im ganzen Land. Laut einem von der Solar Energy Industries Assn. veröffentlichten Faktenblatt wurde im Jahr 2021 alle 60 Sekunden ein neues Solarprojekt installiert, und die Solarindustrie wird sich zwischen 2020 und 2030 voraussichtlich vervierfachen.

Obwohl 80 % eines typischen Photovoltaikmoduls aus recycelbaren Materialien bestehen, ist es äußerst schwierig, diese zu zerlegen und das Glas, Silber und Silizium zurückzugewinnen.

„Es besteht kein Zweifel daran, dass im nächsten Jahrzehnt oder so mehr Solarmodule in den Abfallstrom gelangen werden“, sagte AJ Orben, Vizepräsident von We Recycle Solar, einem in Phoenix ansässigen Unternehmen, das Solarmodule zerlegt und Wertstoffe gewinnt Metalle bei der Entsorgung giftiger Elemente. „Das war noch nie eine Frage.“

Der Großteil des Geschäfts von We Recycle Solar kommt aus Kalifornien, das Unternehmen verfügt jedoch über keine Niederlassungen im Bundesstaat. Stattdessen werden die Panels per Lastwagen zu einem Standort in Yuma, Arizona, transportiert. Das liegt daran, dass das strenge Genehmigungssystem für giftige Materialien in Kalifornien die Niederlassung äußerst schwierig macht, sagte Orben.

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Das Recycling von Solarmodulen ist kein einfacher Prozess. Um den Aluminiumrahmen und die Anschlussdose vom Paneel zu trennen, ohne dass es in Glasscherben zersplittert, sind hochspezialisierte Geräte und Fachkräfte erforderlich. In speziellen Öfen werden Platten erhitzt, um Silizium zurückzugewinnen. In den meisten Staaten werden Platten als gefährliche Materialien eingestuft, was kostspielige Einschränkungen bei Verpackung, Transport und Lagerung erfordert. (Die überwiegende Mehrheit der Solaranlagen für Privathaushalte in den USA sind kristalline Siliziumpaneele, die Blei enthalten können, obwohl es in neueren Paneelen weniger verbreitet ist. Dünnschichtsolarpaneele, die Cadmium und Selen enthalten, werden hauptsächlich in Anwendungen für Versorgungszwecke verwendet. )

Orben sagte, dass die Wirtschaftlichkeit des Prozesses kein zwingendes Argument für Recycling sei.

Von jeder Platte werden nur Materialien im Wert von etwa 2 bis 4 US-Dollar gewonnen. Der Großteil der Verarbeitungskosten ist an den Arbeitsaufwand gebunden, und Orben sagte, selbst das Recycling von Platten in großem Maßstab sei nicht wirtschaftlicher.

Die meisten Forschungsarbeiten zu Photovoltaikmodulen konzentrieren sich auf die Rückgewinnung von Silizium in Solarqualität, um das Recycling wirtschaftlich sinnvoll zu machen.

Dadurch werden die wirtschaftlichen Anreize gegen das Recycling verzerrt. Das National Renewable Energy Laboratory schätzt, dass die Wiederverwertung eines Moduls etwa 20 bis 30 US-Dollar kostet, während die Entsorgung auf einer Mülldeponie 1 bis 2 US-Dollar kostet.

Die meisten Experten gehen davon aus, dass die meisten Panels derzeit dort landen. Aber das bleibt jedermanns Vermutung. Natalie Click, Doktorandin der Materialwissenschaften an der University of Arizona, sagte, es gebe kein einheitliches System, „um zu verfolgen, wohin all diese stillgelegten Panels gehen“.

Das California Department of Toxic Substances hat im Jahr 2021 seine ersten Daten zu Platten gesammelt, die von universellen Abfallbehandlern recycelt wurden. Bei Entsorgern, die mehr als 200 Pfund an Platten angenommen oder mehr als 10.000 Pfund an Platten erzeugt haben, zählte das DTSC 335 Platten, die zum Recycling angenommen wurden, sagte Sanford Nax. ein Sprecher der Agentur.

Das Ministerium geht davon aus, dass die Zahl der installierten Solarmodule im nächsten Jahrzehnt allein in Kalifornien Hunderte Millionen überschreiten wird und dass Recycling noch wichtiger wird, da billigere Module mit kürzerer Lebensdauer immer beliebter werden.

Ein Teil des Problems sei ein mangelndes Bewusstsein der Verbraucher für die Toxizität der Materialien in einigen Panels und deren Entsorgung, sagten Experten.

„Es gibt eine Informationslücke, es gibt eine technologische Lücke und es gibt eine finanzielle Lücke, an der wir arbeiten“, sagte Amanda Bybee, Mitbegründerin von SolarRecycle.org, einer Website, die den Menschen helfen soll, zu verstehen, wie und wie man Solarmodule recycelt der Prozess funktioniert.

Letztes Jahr trat eine neue DTSC-Verordnung in Kraft, die die Panels neu klassifizierte und die Art und Weise änderte, wie sie gesammelt und transportiert werden können. Bisher mussten alle Platten bei der Entfernung als gefährlicher Abfall behandelt werden, was den Transport und die Lagerung einschränkte.

Sowohl gewerbliche als auch private Verbraucher, in der Recyclingbranche sogenannte Erzeuger, sollten die Module selbst zu zertifizierten Recycling- oder Sonderabfallentsorgungsanlagen transportieren. Aufgrund der geringen Nachverfolgung ist unklar, wie häufig dies vorkam.

Mittlerweile werden Platten als Universalabfall eingestuft und können bei mehr als 400 Universalabfallentsorgern in Kalifornien gesammelt werden, wo sie dann bewertet und zu Entsorgungs-, Wiederverwendungs- oder Recyclinganlagen transportiert werden. (In Fällen, in denen Platten, die giftige Materialien enthalten, auf Mülldeponien verbracht werden, werden sie an Einrichtungen mit zusätzlichen Schutzmaßnahmen gegen Auslaufen geschickt.) Die neuen Vorschriften sollten es den Menschen erleichtern, ihre Platten abzugeben, sie behandeln jedoch nicht direkt das Nächste Schritt – Recycling.

„Diese [Regel] ändert eigentlich nur die Art und Weise, wie dieses Material gehandhabt, verwaltet, gelagert und transportiert wird“, sagte Orben von We Recycle Solar. „Es ändert nichts daran, wie dieses Material tatsächlich verarbeitet wird.“

Im Jahr 2016 startete die Solar Energy Industries Assn., ein gemeinnütziger Handelsverband der US-Solarindustrie, ein Recyclingprogramm für Module. Robert Nicholson, Manager für PV-Recycling beim Verband, sagte, man wolle den Recyclingpartnern der Industriegruppe – bisher fünf – dabei helfen, „konforme, kostengünstige Recyclingdienste für Altmodule zu entwickeln“.

„Die Mehrheit der Recycler sind bereits bestehende Recycler; sie entsorgen hauptsächlich Elektroschrott oder Glas“, sagte Evelyn Butler, Vizepräsidentin für technische Dienste des Verbandes. „Also mussten wir mit ihnen zusammenarbeiten, um diesen Schritt zu wagen und zu sagen: ‚Wir glauben, dass die von Ihnen verwendeten Prozesse mit der Technologie kompatibel sind.‘“ Der Verband arbeitet auch mit Regulierungsbehörden zusammen, um Gesetze zu entwerfen, die die Anzahl verringern Platten landen auf Mülldeponien.

Staatliche Subventionen sind eine Möglichkeit, das Recycling von Solarmodulen für die Abfallerzeuger, die mittlerweile einen Großteil der Recyclingkosten tragen, wirtschaftlich rentabel zu machen.

In Europa gibt eine kürzlich erlassene Verordnung namens „Richtlinie der Europäischen Union über Elektro- und Elektronik-Altgeräte“ den Herstellern die Verantwortung, ihre Produkte durch eine verantwortungsvolle Entsorgung am Ende ihrer Lebensdauer zu unterstützen. Es verlangt von allen Herstellern, die Panels für Länder in der EU herstellen, die Finanzierung der Sammlung und des Recyclings am Ende ihrer Lebensdauer.

Ähnliche Gesetze wurden in mehreren US-Bundesstaaten versucht, darunter in Washington, wo das Photovoltaic Module Stewardship and Takeback Program die Hersteller von Solarmodulen dazu verpflichten wird, das Recycling am Ende ihrer Lebensdauer zu finanzieren. Die Initiative wurde 2017 verabschiedet und wird 2025 umgesetzt. Es ist das einzige Gesetz zur Herstellerverantwortung in den Vereinigten Staaten.

Es ist Teil einer umfassenderen Strategie in der Recyclingbranche, die als „erweiterte Herstellerverantwortung“ bezeichnet wird und bei der die Recyclingkosten beim Erstkauf in die Kosten eines Produkts integriert sind. Unternehmen in der Produktkette – und nicht die breite Öffentlichkeit – werden für die End-of-Life-Kosten, einschließlich der Recyclingkosten, verantwortlich gemacht.

In einem Interview mit dem PV Magazine aus dem Jahr 2020 sagte Jigar Shah, Mitbegründer von Generate Capital, einem Fonds, der in nachhaltige Infrastruktur investiert, dass das Problem ganz am Anfang der Produktkette angegangen werden kann – von den Herstellern. Shah, der jetzt Direktor des Kreditprogrammbüros des Energieministeriums ist, sagte, dass die politischen Entscheidungsträger von den Herstellern verlangen müssen, ein Standarddesign zu entwickeln, das das Recycling von Modulen einfacher und kostengünstiger macht.

„Für Hersteller ist es weitaus kosteneffektiver, wenn sie zur Zusammenarbeit gezwungen werden … wenn sie versuchen, die Kosten für all das gemeinsam deutlich zu senken. Das geschieht durch politische Maßnahmen“, sagte er. „Das geschieht nicht dadurch, dass sich Leute dafür entscheiden.“

Im April 2022 schloss Santa Monica in Zusammenarbeit mit dem California Product Stewardship Council, einer öffentlich-privaten Partnerschaft, ein Pilotprogramm zum Recycling von Solarmodulen ab. Der Stewardship Council befragte örtliche Eigentümer von Solaranlagen in Privathaushalten und stellte fest, dass viele, die nicht wussten, was sie mit ausgedienten Modulen tun sollten, Installateure um Hilfe baten.

„Wir haben festgestellt, dass die Solarinstallateure für uns der beste Ansprechpartner waren, um zu erfahren, wie viele stillgelegte Solarmodule es in unserer Region gibt“, sagte Drew Johnstone, Nachhaltigkeitsanalyst für Santa Monica. „Einige Auftragnehmer mussten sie schließlich einfach in ihren Lagerhallen stapeln, weil es keine gute Lösung dafür gab, wohin sie sie bringen sollten.“

Johnstone sagt, dass die universelle Neuklassifizierung von Abfällen einen großen Unterschied gemacht hat, da sie die Kosten und den Papieraufwand für die Handhabung von Modulen reduziert hat und mehr Händler die Panels von Generatoren annehmen können.

„In einigen Jahren wird es ein wirklich großes Problem sein“, sagte Johnstone. „Es obliegt also den Kommunalverwaltungen, Kreisen, Bundesstaaten und es kann auch auf Bundesebene gehen, einen Plan für all diese Panels zu haben, die in 10 bis 15 Jahren das Ende ihrer Lebensdauer erreichen.“

Kisela ist Sonderkorrespondentin.