太陽光電暨電池模組資源化技術

 

刊登日期:2017/11/5
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太陽光電模組(PV Module)可以透過日照來產生電力,是綠色能源中最被看重的技術;鋰離子電池則是近年來發展快速,在生活中隨處可見應用廣泛的儲能產品。隨著全世界不斷製造太陽光電模組與鋰離子電池,未來將會產生大量的光電廢棄物,如何以資源化技術,妥善處理這些光電廢棄物中的有毒物質,並將有價值及稀有的材料分離回收,提純後再次投回產品生產使用,或另作高值化應用,是近年來資源化技術的一大挑戰。本文將對太陽光電模組中的主要產品(矽晶型太陽光電模組)以及鋰離子電池的市場趨勢探討分析,並針對這兩種產品的資源化技術做介紹。

太陽光電市場趨勢
太陽光電市場不斷地成長,圖一是全球太陽能的設置量,2000年太陽能開始發展,2008年時全球的太陽能裝置量開始大幅度成長,去年與今年的太陽能設置量已經達到70 GW以上,而其中大部分的太陽能使用的是矽晶(Crystalline-silicon)型太陽光電模組,其餘則是薄膜型以及聚光型太陽光電模組。圖二是近幾年太陽能市場的產品類別分布,矽晶型太陽光電模組一直有著八成以上的市場占有率,2013年後九成以上的太陽能都是使用矽晶型太陽光電模組,這是因為矽晶型太陽光電產品的技術最成熟,光電轉換效率也比較高,因此長久以來占據市場龍頭寶座。

圖二、2010~2016年太陽能市場分布
圖二、2010~2016年太陽能市場分布

台灣在全球是太陽能製造大國,但是由於地理位置的關係,年平均有效日照發電的時間不長,因此太陽能的設置量並不大。圖三是台灣的太陽能累積設置量,直到2016年為止,台灣一共才累積設置了1.3 GW的太陽光電模組,然而,近年來受政策加上反核口號的影響,政府訂出2025年全台將達到20 GW太陽能的政策目標,或許未來台灣太陽能的裝置量將會有大幅度成長。

太陽光電資源化技術與現況
一般的電子產品壽命短,這些產品會在短時間內產生大量的廢棄物,較容易受到人們的注意,也因此會有各種廢棄物的處理技術來因應。反觀太陽光電模組的壽命長達25年,使得產品在製造階段時很少考慮到日後廢棄物如何處理。2000年全球開始了太陽能的安裝,初期每年的安裝量大約在1 GW左右,2007年時安裝量開始大幅度成長。相較起歐美,台灣的太陽能晚了十年才開始發展,目前台灣的累積裝置量為1.34 GW(圖六),未來變成廢棄物換算成重量大約接近10萬公噸,但是由於政策目標是2025年達到20 GW的累積設置量,因此預估未來太陽能模組廢棄物也是有機會達到百萬公噸的等級。

圖六、台灣太陽光電模組累積設置量與未來廢棄物預估量
圖六、台灣太陽光電模組累積設置量與未來廢棄物預估量

鋰離子電池材料資源化技術與現況
國際上鋰離子電池的資源化處理方法可分為火法(Pyrometallurgy)與濕法(Hydrometallurgy)兩種。圖十三是比利時Umicore公司的火法處理流程,該方法的優點是不需要將電池做分類,全部混合一起還原成金屬態,可以省略以人工進行電池分類的麻煩,缺點是火法程序的能耗高,碳排放量也驚人。圖十四是國際上另一個常見的濕法回收程序,該方法主要是將電池材料以酸液反應溶解後,再經過萃取/置換/電解還原等步驟回收標的材料。

台灣的鋰離子電池產量與使用量可觀,一年產出約3,300公噸的鋰離子電池,但根據環保署的調查統計資料來看(表一),僅少量廢鋰離子電池有進入到回收處理體系。雖然國內有廢電池的回收處理廠,卻僅針對錳鋅電池及鹼錳電池進行回收處理,多數回收的廢鋰離子電池則採用境外輸出的處理方式。從環保署基管會公告的數據資料顯示(表二),105年的廢電池回收總量為4,128公噸,其中鋰離子電池僅有174公噸,占全部回收乾電池的4%,可見國內鋰離子電池回收體系有待強化,且目前國內還有幾個問題需要受到重視…...以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

作者:王珽玉、林欣蓉/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」371期,更多資料請見下方附檔。


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