يركز الباحثون على إحدى أصعب خطوات إعادة تدوير الطاقة الشمسية
طوّر فريق في جامعة فيرجينيا طريقة قائمة على الليزر لإزالة الأغطية الخلفية من الوحدات الشمسية السيليكونية المنتهية العمر من دون إتلاف الزجاج أو رقائق السيليكون الموجودة أسفلها. ويصف العمل، الذي نقلته pv magazine في 13 مايو، عملية ليزر بالأشعة تحت الحمراء موجة مستمرة يقول الباحثون إنها تتجنب المواد الكيميائية، وتقلل استهلاك الطاقة، وتحافظ على المكونات القيّمة لاستعادتها لاحقاً.
يعالج هذا التطوير مشكلة مستعصية في إعادة تدوير الطاقة الشمسية. فالعديد من الألواح المتقاعدة ما زالت تحتوي على مواد ذات قيمة متبقية، لكن فصل الطبقات المصفحة بشكل نظيف أمر صعب. وقد تعتمد مسارات التدوير التقليدية على المعالجات الحرارية أو الكيميائية، وهي كثيفة الاستهلاك للطاقة، ومكلفة، أو قد تتسبب في إتلاف مكونات كان يمكن إعادة استخدامها أو معالجتها بكفاءة أكبر.
وهذا يجعل إزالة التصفيف نقطة محورية في سلسلة التدوير. فإذا أمكن نزع الغطاء الخلفي من دون الإضرار بالزجاج المقسى أو رقائق السيليكون، ستتاح للمُعادين فرصة أفضل لاسترجاع قيمة أكبر من الوحدات التي كان من الممكن سحقها أو حرقها أو معالجتها بطرق أكثر قسوة.
كيف تعمل الطريقة
وفقاً للتقرير، يستخدم الباحثون ليزراً بالأشعة تحت الحمراء موجة مستمرة لتسخين واجهة السيليكون-EVA عبر الزجاج الأمامي للوحدة. ويضعف هذا التسخين المنضبط الترابط بما يكفي للسماح بإزالة ميكانيكية نظيفة للغطاء الخلفي مع الحفاظ على أداء الجهاز.
وتكمن أهمية هذا النهج في أنه يعمل عبر الزجاج بدلاً من مهاجمة الوحدة مباشرة بالمواد الكيميائية أو بالمعالجة العامة عالية الحرارة. والهدف المعلن هو التأثير بشكل انتقائي في الواجهة المهمة للفصل، مع إبقاء العناصر الهيكلية الرئيسية سليمة.
وقال المؤلف المراسل مool C. Gupta لمجلة pv magazine إن التقنية خالية من المواد الكيميائية، وصديقة للبيئة، وفعالة من حيث التكلفة والطاقة، مع الحفاظ على الزجاج المقسى ورقائق السيليكون. كما شدد على أهمية الحفاظ على السلامة الهيكلية والوظيفية للمكونات المتبقية من أجل استعادة المواد القيّمة وإعادة تدويرها في المراحل اللاحقة.
هذا التركيز على الحفاظ على المكونات مهم. ففي أنظمة التدوير، لا تعتمد القيمة فقط على إمكانية استرجاع المادة، بل أيضاً على حالتها عند استرجاعها. وقد يؤدي الفصل الأنظف إلى تحسين اقتصاديات خطوات المعالجة اللاحقة وربما توسيع مجموعة خيارات إعادة الاستخدام أو الاسترداد العملية.
لماذا تزداد أهمية التعامل مع الألواح المنتهية العمر الآن
لا تزال صناعة الطاقة الشمسية في مرحلة نمو طويلة، لكن أعداد المعدات المتقادمة تزداد معها أيضاً. ومع اقتراب مزيد من الوحدات من نهاية عمرها التشغيلي، يزداد الضغط لتطوير طرق تدوير قادرة على التعامل مع الكميات من دون أعباء مفرطة من حيث التكلفة أو البيئة. ومن المرجح أن تجذب العمليات التي تحفظ المواد عالية القيمة وتتجنب المعالجة الكيميائية القاسية اهتماماً أكبر.
ويتموضع نهج فريق فيرجينيا مباشرة ضمن هذا النقاش. وقد وصفت pv magazine العملية بأنها بديل أقل استهلاكاً للطاقة وأقل تكلفة من أساليب التدوير الحراري أو الكيميائي التقليدية. وإذا أثبت هذا الأداء نفسه خارج المختبر، فقد يحسن الطريقة التي يعالج بها المعيدون بناء الوحدات السيليكونية، خصوصاً عندما يغير الحفاظ على الزجاج والرقائق اقتصاديات المشروع.
وتعكس الطريقة أيضاً اتجاهاً أوسع في أبحاث التصنيع وإعادة التدوير في مجال الطاقة النظيفة: إذ تُستخدم أدوات دقيقة بشكل متزايد لجعل التفكيك أكثر انتقائية. فبدلاً من التعامل مع الجهاز كله كنفايات وكسره بالقوة، يبحث الباحثون عن طرق تفصل المواد بقدر كافٍ من التحكم بحيث تظل الأجزاء الأكثر قيمة صالحة للاستخدام.
الآثار المحتملة على سلسلة التدوير
أحد الآثار العملية للعملية المعلنة هو أنها قد تساعد في دفع إعادة تدوير الطاقة الشمسية نحو استرداد أكثر وعياً بالمكونات. فالوحدة ليست جسماً متجانساً؛ إنها منتج متعدد الطبقات بمواد تتفاعل بشكل مختلف مع الحرارة والإجهاد والتعرض الكيميائي. وأي تقنية يمكنها إضعاف واجهة معينة مع الحد من الضرر في أماكن أخرى قد تجعل مراحل الفرز والاسترداد اللاحقة أكثر قابلية للتنبؤ.
وأثر آخر هو الأثر البيئي. فقد وصف الباحثون الطريقة صراحة بأنها خالية من المواد الكيميائية وصديقة للبيئة. وهذا مهم لأن أساليب التدوير الكثيفة بالمواد الكيميائية قد تخلق بدورها أعباء لإدارة النفايات، حتى عندما تنجح تقنياً. أما العملية التي تقلل هذه الأعباء وتخفض أيضاً مدخلات الطاقة فستكون جذابة في قطاع يواجه بالفعل ضغطاً لإثبات الاستدامة على مدار دورة الحياة.
كما يشير التقرير إلى التكلفة. فكثيراً ما تعاني إعادة التدوير عندما تكون قيمة المواد المستردة هامشية مقارنة بتكاليف الجمع والنقل والمعالجة. وقد تجعل الطرق الأقل استهلاكاً للطاقة والتي تحافظ على قاعدة أكبر من المواد المفيدة في الوحدة بعض مسارات التدوير أكثر جدوى تجارية.
في الوقت نفسه، لا يدعي المقال وجود نشر تجاري أو تحقق صناعي كامل. ما يثبته هو إثبات المفهوم: طريقة معتمدة على الليزر لإزالة الأغطية الخلفية من دون إتلاف المكونات الرئيسية للوحدة، وسبب أهمية ذلك لاقتصاديات الاسترداد والأداء البيئي.
ما الذي يجب متابعته بعد ذلك
السؤال الجوهري الآن هو ما إذا كانت العملية قادرة على التوسع إلى ما وراء بيئة البحث. فأي تقنية تدوير تعتمد في طريقها من العرض إلى الاعتماد على الإنتاجية، والتكلفة لكل وحدة، وتكامل المعدات، ومدى اتساق الطريقة مع ظروف الألواح الواقعية. وتختلف الوحدات المنتهية العمر بحسب السن والتآكل وتاريخ التصنيع والأضرار المادية، وكل ذلك قد يعقد الفصل المنضبط.
ومع ذلك، فإن النتيجة المعلنة مهمة لأنها تستهدف عنق الزجاجة مباشرة. فبدلاً من إطلاق ادعاء عام حول تدوير أنظف، حدّد باحثو فيرجينيا تحدياً محدداً، واستخدموا أداة محددة لمعالجته، وربطوا النتيجة بالقيمة القابلة للاسترداد من الوحدة.
ومع استمرار توسع الطاقة الشمسية، ستصبح مثل هذه التحسينات في العمليات أكثر أهمية. فأنظمة التدوير لا تصبح فعالة بالسياسات أو الجمع وحدهما؛ بل تعتمد أيضاً على طرق أفضل لتفكيك المنتجات المعقدة. وهذه التقنية القائمة على الليزر لإزالة الغطاء الخلفي مثال على هذا العمل الهندسي وهو يصبح أكثر دقة، وربما أكثر فائدة لاقتصاديات استرداد الطاقة الشمسية على نطاق واسع.
يعتمد هذا المقال على تقرير من PV Magazine. اقرأ المقال الأصلي.
Originally published on pv-magazine.com
