Wyobraź sobie technologię, która nie tylko powstrzymuje zużyte panele fotowoltaiczne przed trafieniem na wysypisko, ale jednocześnie wychwytuje dwutlenek węgla z kominów elektrowni i natychmiast przekształca go w cenne surowce przemysłowe. Japońscy naukowcy udowodnili, że to możliwe już dziś, proponując podejście, które może zrewolucjonizować zarówno recykling odpadów, jak i wykorzystanie emisji CO₂.
Robią zielone złoto ze zużytych paneli słonecznych, czyli alchemia fotowoltaiki i dwutlenku węgla
Międzynarodowa Agencja Energii Odnawialnej prognozuje, że do 2050 roku na całym świecie powstanie od 60 do 78 milionów ton odpadów z paneli fotowoltaicznych. Jednocześnie spaliny z elektrowni zawierają średnio około 14% dwutlenku węgla. W odpowiedzi na te wyzwania zespół pod kierownictwem prof. Kena Motokury z Uniwersytetu Narodowego w Jokohamie, łącząc siły z badaczami z AIST i koncernu energetycznego Electric Power Development, zaproponował rozwiązanie – sproszkowane krzemowe wafle z odzyskanych paneli mogą działać jako reduktor, przekształcając CO₂ bezpośrednio w kwas mrówkowy i formamid, czyli związki powszechnie stosowane w przemyśle.
Czytaj też: Płynny przełom. Nowy sposób magazynowania wodoru zmiata konkurencję
Proces ten zaczyna się od mechanicznego rozdrobnienia zużytych ogniw słonecznych na pył krzemowy. Następnie poddaje się go specjalnej obróbce, co pozwala usunąć resztki aluminium i zwiększa reaktywność materiału. Tak przygotowany krzem trafia następnie do mieszaniny z wodą, a więc specjalnym katalizatorem (fluorkiem tetrabutyloamoniowym) oraz nieprzefiltrowanymi spalinami zawierającymi 14% CO₂ bez konieczności ich oczyszczania. Następnie pod stosunkowo łagodnymi warunkami, cząsteczki krzemu oddają elektrony i redukują CO₂ do kwasu mrówkowego (z wydajnością sięgającą 73%) lub (w obecności amin) do formamidu. Oba produkty znajdują szerokie zastosowanie, bo kwas mrówkowy jest stosowany w rolnictwie i przemyśle tekstylnym, a formamid m.in. w produkcji farmaceutyków i chemikaliów.
Czytaj też: Dokonali przełomu. Miną dekady, a ten akumulator litowy nadal będzie “żywy”
Dlaczego to odkrycie jest tak ważne? Przede wszystkim dlatego, że nie wymaga energochłonnego oczyszczania spalin, jak w konwencjonalnych systemach wychwytu CO₂. Po drugie, jednocześnie rozwiązujemy dwa problemy, bo zarówno odpadów z fotowoltaiki, jak i emisji z elektrowni, zamieniając je w surowiec. Po trzecie, sam proces zachodzi bez potrzeby stosowania ekstremalnych temperatur czy ciśnień, co czyni go bardziej praktycznym i mniej kosztownym. Publikacja badań w ACS Sustainable Resource Management wyraźnie pokazuje, że naukowcy nie zamierzają poprzestać na eksperymentach. W planach są już pilotażowe instalacje, które przetestują technologię w warunkach przemysłowych.
W skali globalnej, jeśli udałoby się przetworzyć wspomniane 60 milionów ton paneli w źródło krzemu, a następnie zaprzęgnąć je do walki z emisjami z elektrowni, to ludzkość dokonałaby istnej rewolucji. Oczywiście kluczowe pozostają koszty odzysku krzemu i wydajność katalizatorów. Dlatego przyszłe badania będą koncentrować się na analizie cyklu życia, optymalizacji procesu (np. poprzez reaktory przepływowe), a także lokalnych uwarunkowaniach ekonomicznych. Nadal jednak nie wiemy, czy tę metodę da się wdrożyć na skalę przemysłową i czy rzeczywiste spaliny nie wpłyną negatywnie na wydajność reakcji. Poza tym niejasne jest, jak wygląda pełny bilans energetyczny, bo czy zyski z redukcji emisji przewyższą koszty przetwarzania krzemu?
Gdyby tego było mało, pozostają też pytania, czy państwa będą skłonne do wdrożenia zachęt, które połączą systemy recyklingu paneli z technologiami konwersji CO₂? I wreszcie, czy krzem może posłużyć do produkcji innych, jeszcze bardziej wartościowych związków, jak metanol? Jedno na tę chwilę jest pewne: japońscy naukowcy pokazali, że odpady z paneli słonecznych oraz nieoczyszczone spaliny z kominów nie muszą być problemem – mogą być początkiem nowego, zielonego przemysłu chemicznego.