Traditionelle chemische Methoden beim Recycling von PV-Modulen
Verwendung giftiger organischer Lösungsmittel
In der Vergangenheit haben Forscher giftige organische Lösungsmittel wie Toluol und Trichlorethylen für die Auflösung von EVA-Klebefolien beim Recycling von Photovoltaik-Modulen (PV) verwendet.Diese Lösungsmittel sind zwar für den Abbau des Klebstoffs wirksam, haben aber auch erhebliche Nachteile.Erstens stellen sie ein erhebliches Gesundheitsrisiko für diejenigen dar, die mit ihnen umgehen, so dass strenge Sicherheitsmaßnahmen und Schutzausrüstungen erforderlich sind.Zweitens ist der Auflösungsprozess unter Verwendung dieser Lösungsmittel oft zeitaufwendig, was zu längeren Bearbeitungszeiten und höheren Betriebskosten führt.
Die Verwendung von Toluol und Trichlorethylen ist nicht nur gefährlich für die menschliche Gesundheit, sondern auch schädlich für die Umwelt.Es ist bekannt, dass diese Lösungsmittel langfristige Auswirkungen auf die Umwelt haben und zu einer Verunreinigung von Boden und Wasser beitragen.Außerdem ist ihre Entsorgung kompliziert und erfordert eine spezielle Behandlung, um die Umweltschäden zu verringern, was den Recyclingprozess noch komplexer und teurer macht.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass herkömmliche toxische organische Lösungsmittel wie Toluol und Trichlorethylen zwar bei der Auflösung von EVA-Klebefolien eine wichtige Rolle gespielt haben, ihre Gesundheits- und Umweltrisiken in Verbindung mit ihrer langsamen Auflösungszeit jedoch den dringenden Bedarf an nachhaltigeren Alternativen im Bereich des Recyclings von PV-Modulen unterstreichen.
Herausforderungen bei der Abtrennung und Aufreinigung
Die Vernetzung der EVA-Oberfläche (Ethylen-Vinylacetat) stellt eine große Herausforderung bei der Trennung und Reinigung von Photovoltaik-Zellen und EVA-Folien mit herkömmlichen mechanischen Methoden dar.Dieses Vernetzungsphänomen, das während des Herstellungsprozesses auftritt, schafft eine robuste Verbindung, die einer mechanischen Zersetzung widersteht.Infolgedessen erweisen sich herkömmliche Verfahren wie physisches Zerkleinern oder Schreddern als unwirksam, um die notwendige Trennung zu erreichen, was zu einer Beeinträchtigung der Effizienz und Reinheit der zurückgewonnenen Materialien führt.
Darüber hinaus führen die eingesetzten mechanischen Verfahren häufig zu einer Zersetzung der PV-Zellen, was den Recyclingprozess weiter erschwert.Die Unfähigkeit, die EVA-Folie effektiv von den PV-Zellen zu trennen, beeinträchtigt nicht nur die Recyclingeffizienz, sondern gibt auch Anlass zu Bedenken hinsichtlich der Qualität und Leistung der zurückgewonnenen Materialien.Dieses Problem unterstreicht den Bedarf an fortschrittlicheren, nicht-mechanischen Ansätzen zur Überwindung der durch die vernetzte EVA-Oberfläche bedingten Einschränkungen.
In Anbetracht dieser Herausforderungen hat die Entwicklung alternativer Methoden, insbesondere unter Verwendung umweltfreundlicher Lösungsmittel, an Bedeutung gewonnen.Diese umweltfreundlichen Lösungsmittel bieten eine vielversprechende Lösung, da sie das Auflösen von EVA ohne die Nachteile herkömmlicher toxischer organischer Lösungsmittel ermöglichen.Die Umstellung auf umweltfreundliche Lösungsmittel wie Deep Eutectic Solvents (DES) wird daher als entscheidender Schritt zur Verbesserung der Nachhaltigkeit und Effektivität von Recyclingprozessen für PV-Module angesehen.
Entwicklung von grünen Lösungsmitteln
Einführung von umweltfreundlichen Lösungsmitteln
In den letzten Jahren hat sich in der Photovoltaikbranche ein deutlicher Wandel hin zu nachhaltigeren Praktiken vollzogen, insbesondere im Bereich der Verwendung von Lösungsmitteln.Bereits im Jahr 2022 begannen Forscher mit der Entwicklung einer neuen Generation grüner Lösungsmittel, die die mit den herkömmlichen chemischen Methoden verbundenen Umwelt- und Gesundheitsauswirkungen verringern sollen.Diese innovativen Lösungsmittel, darunter DMPU (1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon), EGDA (Ethylenglykoldiacetat), DBE (dibasische Ester), Cinene (eine Art Terpen) und tief eutektische Lösungsmittel (DES), haben sich aufgrund ihrer geringeren Toxizität und besseren Umweltverträglichkeit als vielversprechende Alternativen erwiesen.
Die Umstellung auf diese umweltfreundlichen Lösungsmittel ist nicht nur eine Reaktion auf den Druck der Vorschriften, sondern ein strategischer Schritt hin zu nachhaltigeren industriellen Verfahren.Diese Lösungsmittel bieten eine Reihe von Vorteilen, wie z. B. geringere Gesundheitsrisiken für Arbeitnehmer, geringere Umweltverschmutzung und verbesserte Effizienz bei Prozessen wie dem Recycling von Photovoltaikmodulen.DES beispielsweise, eine Klasse von Lösungsmitteln, die durch die Kombination von Wasserstoffbrückenbindungs-Donatoren und -Akzeptoren gebildet werden, wurden aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften, einschließlich geringer Toxizität, Biokompatibilität und biologischer Abbaubarkeit, besonders hervorgehoben.
Die Entwicklung dieser umweltfreundlichen Lösungsmittel stellt einen entscheidenden Schritt in der Entwicklung von Photovoltaik-Recycling-Technologien dar und steht im Einklang mit den weltweiten Bemühungen, den Kohlenstoff-Fußabdruck der Industrie zu reduzieren.Durch die Entscheidung für diese umweltfreundlichen Alternativen verbessert die Industrie nicht nur ihr Nachhaltigkeitsprofil, sondern ebnet auch den Weg für effizientere und umweltbewusstere Recyclingprozesse.
Vorteile von tief eutektischen Lösungsmitteln (DES)
Tief eutektische Lösungsmittel (DES) haben sich aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften als vielversprechende Alternative im Bereich des Recyclings von Photovoltaikmodulen (PV) erwiesen.Im Gegensatz zu herkömmlichen toxischen organischen Lösungsmitteln bieten DES eine Reihe von Vorteilen, die sie für umweltfreundliche Recyclingprozesse besonders geeignet machen.
Erstens zeichnen sich DES durch ihre geringe Toxizität .Dadurch werden die mit ihrer Handhabung und Verwendung verbundenen Gesundheitsrisiken erheblich verringert, was den Recyclingprozess für die Arbeitnehmer und die Umwelt sicherer macht.Die Biokompatibilität von DES macht sie noch attraktiver, da sie in Prozessen eingesetzt werden können, die eine minimale Beeinträchtigung biologischer Systeme erfordern.
Zusätzlich zu ihrer geringen Toxizität und Biokompatibilität sind DES auch biologisch abbaubar .Das bedeutet, dass sie sich in der Umwelt auf natürliche Weise abbauen, was das Risiko langfristiger ökologischer Schäden verringert.Diese Eigenschaft ist besonders wichtig im Zusammenhang mit dem Recycling von PV-Modulen, wo das Ziel darin besteht, die Umweltauswirkungen des Recyclingprozesses zu minimieren.
Ein weiterer wichtiger Vorteil von DES ist ihre Einfachheit der Vorbereitung .Im Gegensatz zu vielen herkömmlichen Lösungsmitteln, die komplexe und energieintensive Herstellungsverfahren erfordern, kann DES leicht aus leicht verfügbaren, kostengünstigen Ausgangsstoffen synthetisiert werden.Dies senkt nicht nur die Produktionskosten, sondern vereinfacht auch die Lieferkette und macht DES zu einer leichter zugänglichen und praktischen Option für industrielle Anwendungen.
Die Kombination dieser Eigenschaften - geringe Toxizität, Biokompatibilität, biologische Abbaubarkeit und einfache Zubereitung - macht DES zu einem vielversprechenden Kandidaten für die Zukunft des Recyclings von PV-Modulen.Durch die Nutzung der einzigartigen Vorteile von DES können Forscher und Fachleute aus der Industrie nachhaltigere und effizientere Recyclingverfahren entwickeln, die letztlich zum allgemeinen Ziel einer Kreislaufwirtschaft im Bereich der erneuerbaren Energien beitragen.
Chemische Phänomene in eutektischen Systemen
Bildung und Eigenschaften von eutektischen Systemen
Eutektische Systeme entstehen, wenn zwei oder mehr Verbindungen in einem bestimmten Verhältnis gleichzeitig erstarren, so dass Mischungen entstehen, die ein besonderes Struktur- und Eigenschaftsprofil aufweisen.Dieses Phänomen ist durch die Bildung eines einzigartigen Mischkristalls gekennzeichnet, bei dem die einzelnen Komponenten nicht getrennt, sondern gemeinsam kristallisieren.Der eutektische Punkt stellt die niedrigste Schmelztemperatur für das gegebene Gemisch dar, die niedriger ist als die Schmelzpunkte der einzelnen Komponenten.
Die strukturellen Eigenschaften eutektischer Systeme hängen stark von der Art der beteiligten Verbindungen ab.So kann die resultierende Mikrostruktur von lamellar bis stäbchenförmig reichen, abhängig von Faktoren wie dem Zusammensetzungsverhältnis und den Wechselwirkungskräften zwischen den Verbindungen.Diese Mikrostrukturen spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften der eutektischen Mischung.
Darüber hinaus weisen eutektische Systeme im Vergleich zu den einzelnen Komponenten oft bessere Eigenschaften auf.So können sie beispielsweise eine höhere thermische Stabilität, eine bessere mechanische Festigkeit und eine bessere elektrische Leitfähigkeit aufweisen.Diese Vorteile machen eutektische Systeme für verschiedene industrielle Anwendungen besonders attraktiv. Dazu gehört auch die Entwicklung umweltfreundlicher Lösungsmittel für das Recycling von Photovoltaik-Modulen (PV-Modulen), was sich in der Hinwendung zu tief eutektischen Lösungsmitteln (DES) zeigt.
Im Zusammenhang mit dem Recycling von PV-Modulen gewinnen DES, die eine Art eutektisches System darstellen, aufgrund ihrer geringen Toxizität, Biokompatibilität, biologischen Abbaubarkeit und einfachen Herstellung an Bedeutung.Diese Eigenschaften stehen nicht nur im Einklang mit den Nachhaltigkeitszielen des Recyclingprozesses, sondern bieten auch praktische Vorteile in Bezug auf die Handhabung und die Umweltauswirkungen.
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