Uusi päikeseparke kerkib hoogsalt, elektriautod tulevad mühinal ja kuum teema on energia salvestamine akupankadesse. Mis aga saab päikesepaneelidest ja akudest aastate pärast, kui nende kasutusiga on jõudnud lõppu? 

Päikeseparkide eluiga on keskeltläbi 30 aastat. Kuna Eestis ulatub nende rajamise buumi algus alles mõnede aastate taha, tõuseb päikesepaneelide suuremahulise ümbertöötamise vajadus teravalt päevakorrale sajandi keskpaiku.

Teema ise on muidugi globaalne – maailmas tervikuna arvatakse selleks ajaks olevat 80 miljonit tonni kasutusaja lõppu jõudnud päikesepaneele. Seetõttu tegeletakse paneelides kasutatavate materjalide ringlusse võtmise tehnoloogiate arendamisega aktiivselt, kinnitas TalTechi materjali- ja keskkonnatehnoloogia instituudi direktor Maarja Grossberg-Kuusk. 

Millest paneel koosneb ja mida saab taaskasutada? 

• Klaas ja alumiinium. Mahuliselt suurima osa moodustab päikesepaneeli kattev klaas ja alumiinium. Neid materjale on ka kõige lihtsam taaskasutada. Alumiiniumist saab teha kas uusi raame paneelidele või kasutada seda mõnes muus valdkonnas. Ka klaasi eraldamise ja taaskasutusse võtmisega saadakse samuti juba praegu hästi hakkama. 

• Räni. Enamikus käibel olevatest paneelidest kasutatakse valgusenergiat elektrienergiaks muutva päikeseelemendina kristallilist räni. Hetkel on kõige levinum taaskasutuse viis selle mehhaaniline purustamine ning kasutamine täitematerjalina kas mõnes teises valdkonnas või siis elektroonikatööstuses seal, kui räni kõrge puhtusaste ei ole oluline. 

• Polümeerid. Päikeseelementide ja klaasikihi vahel on õhuke polümeerikiht, mis kaitseb päikeseelementi ilmastikumõjude eest. Hetkel eraldatakse põletamise teel ja kasutatakse ära eralduvat soojust. 

• Muud materjalid. Juhtmestik sisaldab vaske, mida on lihtne eraldada ja ringlusse võtta. Lisaks sisaldavad paneelid sõltuvalt paneeli tüübist ka väikestes kogustes muid materjale nagu hõbe, vask, ka mürgiseid ained nagu kaadmium, fosfor ja kloor. Neid eraldada ja uuesti kasutusse võtta on praeguste tehnoloogiate juures majanduslikult ebatasuv, kuid silmapiiril on tõhusamaid tehnoloogiaid.

Tehnoloogiate efektiivsus paraneb

Päikesepaneelide käitlemine toimub Euroopa Liidu riikides vastavalt elektroonikajäätmete ja toksiliste jäätmete käitlemist reguleerivatele direktiividele. Esimene neist keelab elektroonikajäätmete ladestamise prügilates ja nõuab nende ümbertöötlemist. Grossberg-Kuuse sõnul on tulevikus siiski vaja eraldi välja töötada raamistik ka päikesepaneelide kokku kogumise ja ümbertöötamise kohta, et luua toimiv süsteem, ka Eestis. 

TalTechi materjali- ja keskkonnatehnoloogia instituut kaardistab hetkel, millised võimalused ja vajadused on Eestis tegeleda tulevikus kasvavate päikesepaneelide jäätmete kogustega. Praegu asuvad meile lähimad suured päikesepaneele ümber töötavad tehased Prantsusmaal. Sealne iduettevõte Rosi Solar on välja töötanud tehnoloogia, kuidas eraldada paneelidest kõrgekvaliteediline räni ja hinnalised metallid.

Ka paneelide endi tootmine muutub keskkonnasäästlikumaks. Ränitehnoloogia asemel on tulnud ränivabad õhukesekilelised tehnoloogiad, mis vähendavad paneeli valmistamise süsinikujalajälge  mitmeid kordi. 

“Päikeseparkidel on nii mõnegi teise taastuvenergeetika valdkonnaga võrreldes pikk eluiga ja paneelide jätkusuutlikuma tootmise ja taaskasutamine tehnoloogiaid arendatakse pidevalt,” kinnitas Grossberg-Kuusk. 

Liitiumioonakud 

Euroopa Nõukogu poolt hiljuti vastu võetud määrus sätestab, et aastaks 2026 tuleb suuta ümber töödelda 65% ja aastaks 2031 juba 70% akumassist. Regulatsiooni põhjuseks on nii keskkonnaohutus kui ka vajadus vähendada sõltuvust Aasiast sisse veetavast toormest ja hoida hinnalised materjalid ringluses Euroopa sees. 

Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudi teaduri Kerli Liivandi sõnul kannustab see suunis ka olemasolevad tehased muutma oma tehnoloogiaid tõhusamaks ja jätkusuutlikumaks. 

KBFI energiatehnoloogiate laboris on akude ümbertöötlemisega tegeletud juba üle nelja aasta, arendades efektiivsemaid ümbertöötlemise võimalusi.

Millest koosneb liitiumioonaku ja mida saab taaskasutada?

• Metallid. Liitiumioonakude katoodil kasutatakse liitiumi koos erinevate metallioksiididega, enim levinumad on koobalt, nikkel, mangaan, alumiinium või raud. Kõige kaasaegsem on koobaltivaene või -vaba akukeemia, näiteks liitium-raudfosfaadi põhine. Kiirelt areneb NMC 811 rakendamine, kus nikli osakaal on 8 ning koobaltil ja mangaanil mõlemal 1. Alumiiniumi ja vase fooliumid täidavad elektroodide voolukollektori rolli. Enamikku metalle on teoorias võimalik ümbertöötlemise käigus kätte saada. Võtmetähtsusega selle juures on eraldatavate ainete puhtus. Akutööstusesse tagasi suunamiseks peavad metallisoolad olema väga puhtad ja puhtuse aste sõltub tehnoloogiast. Kerli Liivandi sõnul on realistlik saada kätte 90% liitiumioonakus kasutatud koobaltist, niklist ja vasest. Kõige keerulisem on kätte saada liitiumit, millest praegu läheb ringlusesse alla veerandi. Kuid efektiivsemate liitiumi eraldamise tehnoloogiatega tegeletakse aktiivselt. 

• Grafiit. Umbes ühe viiendiku akust moodustab grafiit. Seda saab taaskäitlemisel eraldada, kuid piisava puhtuse saavutamine selleks, et grafiiti akudes uuesti kasutada, on keeruline ja energiamahukas protsess. Praegu otsitakse aktiivselt grafiidi taaskasutamise võimalusi. 

• Elektrolüüt. Võib moodustab umbes 10% akust, selle kätte saamine ja regenereerimine suurel skaalal on keeruline ja seda praegu ei tehta. 

• Plast ja polümeerkile. Lähevad prügiks. Seda fraktsiooni ei saada nii puhtalt kätte, et annaks ümber töödelda.

Elektriautode akudest saavad akupangad

Liivand selgitas, et kuna vajadus akude tootmiseks tarviliku toorme järele kasvab meeletu kiirusega, on hetkel kõige tähtsam saada ringlusesse juba oma eluaja lõpuni jõudnud väiksemad akud, sest neid lihtsalt on turul kõige rohkem.

Elektriautode akud jõuavad ringlusesse siis, kui on kaotanud 20–30 protsenti oma algsest mahutavusest. Kuid pärast seda sobivad need veel väga hästi vähem nõudlikesse statsionaarsetesse energiasalvestuslahendustesse. Eespool mainitud Euroopa Nõukogu määrus sätestabki, et elektriautode akude moodulid tuleb pärast nende seisundi hindamist suunata eelistatult uuskasutusesse akupankades ja alles seejärel ümbertöötlemisesse. 

“Praegu suunatakse palju investeeringuid nii tehnoloogiatesse, mis võimaldavad võtta akudes kasutatud materjale ringlusesse puhtamal kujul, kui ka ümbertöötlemistehastesse, et suudaksime tulevikus kasvavate mahtudega toime tulla,” kinnitas Liivand.