深瞳工作室出品
科技日?qǐng)?bào)記者 王迎霞 策劃 趙英淑 林莉君 滕繼濮
我國現(xiàn)已成為全球最大的光伏組件生產(chǎn)國和光伏發(fā)電應(yīng)用國。光伏板使用年限在25年左右，從2025年開始將有大批量的光伏組件“退役”，如何不讓“退役”組件回收成為阻礙光伏產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的“攔路虎”，是擺在全行業(yè)面前的一道必答題。在江西、河北、河南、江蘇、寧夏等地，已有企業(yè)、高校及科研院所行動(dòng)起來，搶灘布局這一新興市場(chǎng)。
TCL中環(huán)寧夏產(chǎn)業(yè)園屋頂分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目。視覺中國供圖
寧夏大學(xué)材料與新能源學(xué)院研一學(xué)生馬潤(rùn)第一次目睹“大齡”光伏板的現(xiàn)況，深感震撼。
“李進(jìn)老師帶我們考察了不少光伏電站，光伏板經(jīng)過多年風(fēng)吹日曬，表面不同程度地出現(xiàn)了熱斑、蝸牛紋等現(xiàn)象?！?月23日，馬潤(rùn)和科技日?qǐng)?bào)記者聊起考察的情況時(shí)說，“如果熱斑過多，能量向外散發(fā)時(shí)會(huì)把板子擊穿?！?/p>
經(jīng)過20多年發(fā)展，我國現(xiàn)已成為全球最大的光伏組件生產(chǎn)國和光伏發(fā)電應(yīng)用國。然而，當(dāng)我們盡情享用太陽能這一清潔能源時(shí)，是否想過光伏板的壽命只有25年左右？
隨著光伏市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，國際可再生能源機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，待到第一批光伏板“壽終正寢”時(shí)，中國從2025年開始光伏組件將大批量“退役”。
然而，現(xiàn)實(shí)是，廢棄光伏組件的回收產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，國內(nèi)開展該業(yè)務(wù)的企業(yè)寥寥。
該何去何從，這是個(gè)問題。
“這項(xiàng)工作再不能耽擱了”
在無垠的沙漠，或在浩渺的湖面，或在連綿的山巒，從高空俯瞰，一塊塊光伏板橫豎排布形成方陣，如同一片藍(lán)色海洋，在陽光下熠熠生輝，蔚為壯觀。
四月的西北，乍暖還寒。谷雨前夕，寧夏大學(xué)博士生導(dǎo)師、材料與新能源學(xué)院教授李進(jìn)帶著一支由十二三名學(xué)生組成的研究團(tuán)隊(duì)，對(duì)寧夏回族自治區(qū)內(nèi)建成15年左右的光伏電站進(jìn)行了考察。
作為寧夏光伏材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室首任主任，李進(jìn)近年來一直從事太陽能電池晶硅材料研究，積極推動(dòng)寧夏新能源、新能源材料及低碳能源技術(shù)等方面政策的實(shí)施。
研究團(tuán)隊(duì)帶著太陽能光伏組件功率IV曲線測(cè)試儀、紅外光譜儀、熱成像儀、光澤度儀、分光光度計(jì)等設(shè)備，足跡由北到南，打算出一份高質(zhì)量調(diào)研報(bào)告。
“這項(xiàng)工作再不能耽擱了?！崩钸M(jìn)神情嚴(yán)肅地說。
2030年，全球報(bào)廢光伏組件預(yù)計(jì)約為800萬噸，2050年將達(dá)8000萬噸。其中，我國2030年需要回收的光伏組件達(dá)150萬噸，2050年約為2000萬噸。
李進(jìn)告訴記者，光伏組件是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心，主要由玻璃、背板、電池、鋁邊框、銅焊帶和接線盒等組成。各組成部分的多數(shù)材質(zhì)如玻璃、銅、鋁、硅、銀、鎵、銦等可以回收利用，像含氟背板等卻存在回收難、污染環(huán)境的隱患。
廢棄的光伏電站可能造成土地浪費(fèi)，并對(duì)周圍生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響。而隨著分布式光伏在國內(nèi)擴(kuò)展應(yīng)用，可能導(dǎo)致部分光伏組件產(chǎn)品使用年限不到25年。即便是大型光伏電站，頻繁更換未到25年壽命的光伏組件，也將產(chǎn)生大批廢棄物。
據(jù)測(cè)算，我國光伏廢棄物至2027年預(yù)計(jì)將達(dá)到35萬—155萬噸，至2050年達(dá)到3350萬噸。它們將分布在7500萬畝的土地上，成為名副其實(shí)的“城市礦山”。以往通過掩埋、焚燒等方式處理廢棄組件，自然降解耗時(shí)長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境危害大。
寧夏作為我國第一批大規(guī)模實(shí)施光伏電站的省區(qū)，如何妥善處理退役后的光伏組件，已經(jīng)迫在眉睫。
這個(gè)地處西北內(nèi)陸的省份，擁有豐富的風(fēng)光資源。大部分地區(qū)年太陽總輻射高于5800兆焦/平方米，年平均日照時(shí)數(shù)在2256.6—3073.7小時(shí)，日照百分率在52%—70%。
2022年12月31日，隨著國能寧東第三十四光伏電站成功并網(wǎng)，寧夏電網(wǎng)新能源裝機(jī)規(guī)模超過3000萬千瓦，達(dá)到3040萬千瓦，裝機(jī)占比突破50%，新能源已超越煤電成為寧夏電網(wǎng)第一大電源。寧夏電網(wǎng)也成為繼青海、河北、甘肅電網(wǎng)后，全國第四個(gè)新能源裝機(jī)占比突破50%的省級(jí)電網(wǎng)。
起步于2002年的寧夏光伏產(chǎn)業(yè)，按照光伏組件的使用壽命25年來估算，光伏廢棄物預(yù)計(jì)2027年達(dá)到第一波報(bào)廢高峰。
考察時(shí)，馬潤(rùn)和團(tuán)隊(duì)成員先用熱成像系統(tǒng)對(duì)光伏板進(jìn)行檢測(cè)，看是否有斑點(diǎn)聚焦，隨后測(cè)背板材料到底是聚氟乙烯還是聚氯乙烯，測(cè)其功率較出廠時(shí)是否衰減嚴(yán)重，還測(cè)了光伏板的顏色變化以及分散度。
團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這些光伏板最突出的問題是蝸牛紋，在每個(gè)電站的四角位置和每塊光伏板的中間位置，最為明顯。
“蝸牛紋在電池和組件的生產(chǎn)及應(yīng)用過程中產(chǎn)生的機(jī)理，現(xiàn)在不是特別清楚。”馬潤(rùn)告訴記者，“但如果它布滿整個(gè)屏幕，我們檢測(cè)出光伏板的性能不是很好，那么這塊板子必須要換。”
銀川市第四光伏電站光伏發(fā)電板方陣。袁宏彥 攝
為何鮮有企業(yè)搶占這片“藍(lán)?！?/span>
光伏組件退役潮終將來臨，已成為行業(yè)共識(shí)。但在當(dāng)前，國內(nèi)企業(yè)對(duì)退役光伏組件拆解、回收利用的熱情并不高。
5月中旬，某光伏頭部企業(yè)在社交平臺(tái)表示，公司在美國合資建設(shè)5GW組件工廠，預(yù)計(jì)今年年底或明年年初投產(chǎn)。而對(duì)于光伏組件回收業(yè)務(wù)，該公司一位業(yè)務(wù)主管向記者透露，“公司提了很久，但到現(xiàn)在都沒有開展此業(yè)務(wù)”。據(jù)他了解，國內(nèi)其他幾家知名光伏企業(yè)，也都未開展這項(xiàng)業(yè)務(wù)。
在李進(jìn)看來，這背后其實(shí)是有利可圖的。
以200萬千瓦規(guī)模的基站為例，約有500萬塊、10萬噸重的光伏組件，目前收購一塊報(bào)廢組件成本約30元。若將光伏組件有效拆解，分離得到玻璃、鋁、高分子背板、硅以及銀、銦、鎵等稀有金屬原材料，僅按原材料價(jià)格出售就能賣200元以上。
“由此可知，回收這批光伏組件的市場(chǎng)價(jià)值約有10億元，而且這些原材料經(jīng)過二次加工，還能形成更有價(jià)值的產(chǎn)品?！崩钸M(jìn)指出。
為什么鮮有企業(yè)搶占這片“藍(lán)?！?？
“在技術(shù)上，他們還沒有非常好的儲(chǔ)備。”上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究員、中國材料研究學(xué)會(huì)凝固科學(xué)與技術(shù)分會(huì)理事、寧夏大學(xué)材料與新能源學(xué)院院長(zhǎng)夏明許一語中的。
早在五六年前，夏明許就開始關(guān)注首批光伏組件即將“退役”這一問題。
他認(rèn)為，國內(nèi)雖然有部分企業(yè)在從事光伏組件回收工作，但延續(xù)的多為家電領(lǐng)域處理方式，僅僅集中運(yùn)回、簡(jiǎn)單破解拆分，把廢料作為建筑材料和填充材料來用。而且由于破解裝置較大，工作時(shí)噪聲也大、粉塵污染比較嚴(yán)重。
在夏明許看來，這是回收領(lǐng)域的低值利用，“作為初級(jí)材料使用，方法比較原始落后”。
光伏組件拆解難度大，正是企業(yè)駐足觀望的原因。
“大家之所以不做，是因?yàn)閲鴥?nèi)還沒有成熟的拆解工藝。”寧夏億能固體廢棄物資源化開發(fā)有限公司財(cái)務(wù)總監(jiān)袁志武直言不諱。
目前，國內(nèi)組件回收技術(shù)尚不夠成熟——熱解化學(xué)方法會(huì)引起環(huán)境污染，常規(guī)破碎、深冷物理法得到的混合顆粒需經(jīng)過篩分過程，導(dǎo)致回收材料純度不高，尤其對(duì)最有價(jià)值的硅材料，很難提純并高值利用。
“由于生產(chǎn)加工時(shí)用了很多膠和膜，把單晶硅、多晶硅粘在一起，分解的時(shí)候就很困難?！痹疚湔f，因此需要研究新的組件完整拆解工藝，避免難分離、難提純等技術(shù)問題。
難的是，光伏組件沒有明確的判廢標(biāo)準(zhǔn)。
盡管2022年1月工信部等八部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快推動(dòng)工業(yè)資源綜合利用的實(shí)施方案》，但目前并無專門針對(duì)廢棄光伏組件回收處理的專項(xiàng)管理政策。沒有合規(guī)的處理流程，就很難交由第三方處理。
更難的是，組件回收在源頭沒有強(qiáng)制性政策。
“政府還沒有出臺(tái)一部有關(guān)生產(chǎn)者或運(yùn)營(yíng)者責(zé)任的政策，這個(gè)環(huán)節(jié)完全是缺失的。”夏明許指出，由此導(dǎo)致的后果是，大部分廢棄光伏板要么堆積在電站，要么作為簡(jiǎn)單廢料作一般處理。
高運(yùn)輸成本也是光伏組件回收的一個(gè)門檻。有業(yè)內(nèi)人士鼓勵(lì)這項(xiàng)工作在本地域進(jìn)行，既有地理先決條件，又能避免產(chǎn)生大量運(yùn)輸費(fèi)用，然而國內(nèi)鮮有應(yīng)者。究其原因，很大一部分是因?yàn)楣夥M件建在西北地區(qū)或者屋頂，廢棄組件處理雖然從經(jīng)濟(jì)上可行，但如果考慮回收和運(yùn)輸，不具備可操作性。
這成了一個(gè)死循環(huán)。
“道路千萬條，技術(shù)第一條”
如何不讓組件回收成為阻礙光伏產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的“攔路虎”，是擺在全行業(yè)面前的一道必答題。
當(dāng)前，我國廢棄光伏組件回收產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，面臨政策法規(guī)不完善、回收成本高昂、企業(yè)魚龍混雜等問題，國內(nèi)沒有形成與之相匹配的回收及處置產(chǎn)業(yè)規(guī)模。
針對(duì)多重難題，專家呼吁盡快完善廢棄光伏組件回收“1+N”政策體系，成立專門的回收機(jī)構(gòu)，構(gòu)建回收體系。
2022年9月20日，工業(yè)和信息化部在“新時(shí)代工業(yè)和信息化發(fā)展”系列主題第九場(chǎng)新聞發(fā)布會(huì)上表示，要加快修訂完善光伏標(biāo)準(zhǔn)體系，推進(jìn)光伏組件回收利用、碳足跡核查等公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)。下一步，工信部將加強(qiáng)行業(yè)統(tǒng)籌規(guī)劃，加快推動(dòng)光伏產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
實(shí)際上，這并非相關(guān)部門首次提及光伏組件的回收利用。
為貫徹落實(shí)國務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的指導(dǎo)意見》，工信部等部門發(fā)布了《智能光伏產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2021—2025）》，發(fā)改委發(fā)布《“十四五”循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》《關(guān)于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導(dǎo)意見》《關(guān)于構(gòu)建市場(chǎng)導(dǎo)向的綠色技術(shù)創(chuàng)新體系的指導(dǎo)意見》等政策。
夏明許認(rèn)為，當(dāng)務(wù)之急是國家出臺(tái)相關(guān)政策，明確生產(chǎn)者或運(yùn)營(yíng)者責(zé)任?！熬褪钦f，不管你生產(chǎn)還是運(yùn)營(yíng)，必須強(qiáng)制性要求對(duì)報(bào)廢的光伏板進(jìn)行回收，而不是隨意擱置在田野里?！彼f。
關(guān)于這點(diǎn)，其他國家生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度可提供很好的借鑒。
這是一種將循環(huán)經(jīng)濟(jì)落實(shí)于微觀主體的制度設(shè)計(jì)，更是一種環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略，主要通過將生產(chǎn)者的責(zé)任延伸至產(chǎn)品生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)，特別是產(chǎn)品消費(fèi)后階段的回收、再循環(huán)和最終處理處置，以促進(jìn)環(huán)境保護(hù)。
“在國內(nèi)，家電領(lǐng)域早已推行這一制度，但光伏領(lǐng)域還沒有走到這一步?！?018年，夏明許從上海來到寧夏工作，看著漫山遍野的光伏板，緊迫感頓時(shí)涌上心頭，他與李進(jìn)下決心進(jìn)行探索性研究。
認(rèn)識(shí)有了，行動(dòng)還要跟上。
袁志武等來自企業(yè)的代表堅(jiān)信，“道路千萬條，技術(shù)第一條”，在光伏組件回收的“最后一公里”，亟待打通的堵點(diǎn)是技術(shù)應(yīng)用。而當(dāng)前幾種主流回收處置方式均有利弊，技術(shù)提升刻不容緩。
然而，技術(shù)革新談何容易。不但離不開政策的引導(dǎo)，更離不開相關(guān)部門的支持。
彼時(shí)，寧夏科技廳正在圍繞自治區(qū)重點(diǎn)行業(yè)發(fā)展情況深入調(diào)研，也注意到了光伏產(chǎn)業(yè)升級(jí)產(chǎn)生的退役組件資源化利用問題，決定開展有組織的科研活動(dòng)，找到破題“命門”。
作為中央財(cái)政用于支持和引導(dǎo)地方政府落實(shí)國家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略和科技改革發(fā)展政策的共同財(cái)政事權(quán)轉(zhuǎn)移支付資金，中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展資金項(xiàng)目的使命，便在于此。
“技術(shù)不明朗的情況下，企業(yè)一般不會(huì)投入過多財(cái)力和人力搞研發(fā)，我們從支持高校開始破冰?！睂幭目萍紡d資源配置與監(jiān)督處副處長(zhǎng)成蕾坦言。
2021年，李進(jìn)團(tuán)隊(duì)成功獲批中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展資金項(xiàng)目。“希望通過這筆資金的引導(dǎo)帶動(dòng)作用，依托東西部科技合作機(jī)制，組織區(qū)內(nèi)外優(yōu)秀科研團(tuán)隊(duì)展開合作，有所收獲?！背衫僬f。
在這一背景下，由李進(jìn)領(lǐng)銜的退役光伏組件拆解項(xiàng)目應(yīng)時(shí)而生。
向拆解和再利用難題發(fā)起進(jìn)攻
面向創(chuàng)新的星辰大海，總有人帶頭搏擊風(fēng)浪。
6月20日下午，安徽滁州，中國光伏行業(yè)協(xié)會(huì)光伏組件回收工作組正式成立。來自行業(yè)主管部門、行業(yè)組織、光伏企業(yè)、光伏組件回收企業(yè)代表200余人參加了會(huì)議，共同探討光伏組件回收行業(yè)發(fā)展新思路。
在江西、河北、河南、江蘇、寧夏等地，已有企業(yè)、高校及科研院所行動(dòng)起來，搶灘布局光伏組件回收和拆解這一新興市場(chǎng)。
晶科能源控股有限公司是國內(nèi)最早一批進(jìn)行光伏組件回收技術(shù)開發(fā)的企業(yè)。其在2021年年報(bào)中表示，公司2019年開始搭建和試運(yùn)行光伏組件回收示范線，并承接“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“晶硅光伏組件回收處理成套技術(shù)和裝備”項(xiàng)目，2022年示范線驗(yàn)收成功。
2021年12月底，國家電投集團(tuán)黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司自主開展的“晶硅光伏組件回收產(chǎn)業(yè)化及設(shè)備國產(chǎn)化研究”科技項(xiàng)目順利通過專家組驗(yàn)收，由此宣告我國首條組件回收中試線建成，閉環(huán)形成垂直一體化光伏全產(chǎn)業(yè)鏈。
依托“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，英利能源發(fā)展有限公司成功研制我國首條基于物理法的晶硅光伏組件回收處理成套裝備生產(chǎn)示范線，打破了關(guān)鍵技術(shù)長(zhǎng)期被國外“卡脖子”的局面，并在河北保定蠡縣智慧光伏產(chǎn)業(yè)園調(diào)試使用。
2022年，江蘇常州瑞賽環(huán)?？萍加邢薰九c常州大學(xué)、常州工學(xué)院等高校合作，針對(duì)退役光伏組件拆解利用諸多問題，成功研發(fā)出成套拆解智能裝備與提取工藝技術(shù)。目前，首條裝備與全自動(dòng)物料分選示范線已投用。
既然勇立潮頭，就要有弄潮兒的膽識(shí)和身手。
在寧夏大學(xué)國家大學(xué)科技園中試基地，李進(jìn)正和學(xué)生們進(jìn)行光伏組件拆解研究。
“拆下來是很容易的，但就像汽車和電視一樣，拆出來一堆一堆的東西，怎么對(duì)它進(jìn)行高附加值利用，這是我們想做的工作?！崩钸M(jìn)今年已經(jīng)59歲了，卻還跟著年輕人一起跑前跑后。
偌大的實(shí)驗(yàn)室里擺著多臺(tái)設(shè)備，李進(jìn)指著其中的兩臺(tái)，言語中流露出自豪：“這就是我們自己設(shè)計(jì)的拆解裝置，去年申請(qǐng)了4項(xiàng)專利?！?/p>
這兩臺(tái)設(shè)備，一種用類似鏟的方法，把光伏組件一層一層剝離；一種用類似熱刀的方法，拆解后發(fā)現(xiàn)組件局部存在問題，隨即進(jìn)行優(yōu)化。
目前，兩臺(tái)設(shè)備都可運(yùn)行。下一步，李進(jìn)打算做一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)組件大小的自動(dòng)化設(shè)備，能直接對(duì)所有材料就地拆解，分開運(yùn)輸。
“它就像一臺(tái)聯(lián)合收割機(jī)，底下有不同的袋子，玻璃剝離到玻璃袋里，鋁剝離到鋁袋里。把每一塊材料自動(dòng)分揀，方便后續(xù)加工，讓它們發(fā)揮最大價(jià)值。”李進(jìn)說著，像個(gè)孩子一樣笑起來。
縱觀國內(nèi)，還有另一種來自大連理工大學(xué)的技術(shù)路線——把光伏材料全部粉碎后根據(jù)材料不同熔點(diǎn)進(jìn)行分離。
兩所高校其實(shí)屬于同一個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，在東西部科技合作項(xiàng)目的支持下，與上海交通大學(xué)一起向光伏組件拆解發(fā)起進(jìn)攻。
“您覺得哪種方法好？”
“都在研究階段，哪種好，將來要看經(jīng)濟(jì)效益?！闭驹跐M是機(jī)器和材料的實(shí)驗(yàn)室，面對(duì)記者的提問，李進(jìn)思忖道，“高校的任務(wù)就是超前部署基礎(chǔ)科學(xué)研究，目前還不是比較成本、一爭(zhēng)高下的時(shí)候，聯(lián)手把事情干成最重要。”
