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(guó)現(xiàn)已成為全球最大的光伏組件生產(chǎn)國(guó)和光伏發(fā)電應(yīng)用國(guó)。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(guó)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(guó)現(xiàn)已成為全球最大的光伏組件生產(chǎn)國(guó)和光伏發(fā)電應(yīng)用國(guó)。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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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?！瘪R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?！?/p>
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(guó)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(guó)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(guó)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(gòu)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。”李進(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?！鄙虾＝煌ù髮W(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究員、中國(guó)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(guó)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?guó)內(nèi)還沒有成熟的拆解工藝?！睂幭膬|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(guó)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?！毕拿髟S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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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?！跋Ｍㄟ^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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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?！崩钸M(jìn)說著，像個(gè)孩子一樣笑起來。
縱觀國(guó)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。”
