Carsten Ahrens：Need for the Future of PV–Circular Economy or Just Recycling?

编者按：2023年9月12-14日，以“绿色 持续 共生 向新”为主题的“第五届未来能源大会”在江苏常州武进召开，本次大会由中国能源研究会与中国能源网联合主办。会上，世界工程组织联合会能源委员会太阳能工作组主席Carsten Ahrens发表了《Need for the Future of PV–Circular Economy or Just Recycling?》的主旨演讲。

以下内容根据论坛演讲实录进行整理。

Carsten Ahrens：我的论文、我的发言主要讲的是光伏PV，未来的PV，如果不去考虑这个循环经济的话，PV的作用是不是仅仅就是循环利用呢?它是一个很小众的问题，但是已经越来越得到了现实的体会。我今天的这个主题包括这些，首先是一个总的框架，之后会讲光伏的装机量和年增量，以及未来的发展，另外它作为最大的装机容量的地位，之后还会讲到西班牙的光伏发展，还会说到一些光伏组件的发展，可持续发展目标SDG12，还有一些材料，还有线性跟循环的光伏，它的周期有线性的，也有循环的，这也是澳大利亚的一个大学所描述的。目前欧盟已经在循环经济领域有了一些政策，我也会讲到德国的循环利用，还有就是工业的循环利用的需求。

每年都有很多新装的PV组件，这个首先会促进能源体系的生态转型，但是要解决气候危机的问题，我们就必须要考虑到各种问题、各种方面，包括浪费废弃物的问题。德国现在每年都会有大概六万多吨的废弃光伏组件，达到了生命周期的终结，很有可能就会采取填埋的处理方式，像2030年的量就会达到一百万吨，这也只是德国一个国家的数字，那么全世界的数字就无法想象，这些数字必须要得到恰当的处理，我们需要有多重的方式来应对这些太阳能电池板，这个就涉及到一个实际的问题，这个应该怎样操作呢?现在很多稀少元素在不断地减少，在未来会成为重要的瓶颈，甚至会阻碍光伏电力在可再生能源供应方面所起到的作用，所以我们必须要进行循环利用，希望德国可以引领光伏的循环经济，并且成为第一个实现工业层面上循环利用的国家。这个可能是非常困难的，技术本身可能不是非常困难，但是要对其进行产业化就非常得困难，因为需要有投资回报，而且还需要促进可再生能源的发展。

太阳能自2020年以来，出现了长足的发展，从2020年的不到两千GW，已经发展到了，预测到2050年会达到将近一万GW，这是绿色阴影部分所显示的，这也是2020年以后出现的一个趋势。风电也是一样的趋势，每年的增量可以在图表当中找到，我们看到电厂级别的是由浅蓝色代表的，这个部分未来将会达到一个平台期，然后一直维持在这个水平，每年会有250GW的增量。这张图上可以看到技术所带来的总的装机增量，我们能看到煤炭、天然气和水电都在出现略微下降，但是风电跟光电都在大幅增长，而太阳能是受技术利益最多的一只曲线，到2027年将会是一个转折点，如果趋势维持下去太阳能将会超过天然气和煤炭。所以我们能看到太阳能未来将会超过煤炭的装机，成为世界上最大的装机来源，这是2027年的一个预测，将会达到1500GW。全球的电价对于陆上风电项目来说，已经出现了大幅的下降，2020年是39美分，但是2021年就已经降到了33美分，太阳能也是一样从55美分降到了48美分，都非常得便宜。

这个发展其实跟我们的可持续发展目标第12项是息息相关的，第12项就是负责任的消费跟生产，为了实现可持续发展目标12，我们必须要用更少的资源去生产更多的产品，这个就意味着我们需要把利用的自然资源降到最低，同时也要减少所使用和产生的有毒材料和废料以及污染物，这个要在整个的生产和消费过程当中实现，所以这就讲到了循环利用。

哪些东西可以进行循环利用呢?这里面当然是光伏组件当中涉及到的很多材料，有一些是硅基组件，按占比来看，前几名的材料分别是银、铜和锡，这些都是非常重要的金属材料，但是它们的占比是有很大差别的，比如说银跟锡就只占不到0.1%，但是其他的材料占比就非常大，比如说像玻璃是76%，还有塑料等其他的材料，比如说银在光伏组件当中它的含量非常小，但它在成本当中是占比非常高的，成本当中有一半以上都是银，铜也很类似，当然我们还需要硅跟玻璃。

所以光伏的发展要求我们对于必要的材料进行循环利用，因为只有这些关键和非关键材料都存在，我们才能进一步发展光伏行业。现在这些关键材料的采掘都高度集中在一些地方，包括澳大利亚、中国、智利等等，而且加工甚至要比矿产更加得局限，都集中在像中国有50%的石墨供给。光伏发电在中国占38%，在美国占17%，在欧盟占10%，因此就有一个非常关键的挑战，因为有90%的光伏电池板都是由硅晶体制造的，它们是有使用寿命的，最多就只有25到30年，如果我们再回溯到2000年开始，新千年的开端，这个生命周期就已经结束了，应该怎么做呢?预测显示到2030年，将会有800万吨的光伏电池板已经达到了生命周期的终结，这个数据在2050年将会增长到8000万吨，不幸的是现在的回收技术对于这些电池板来说是非常低效的，而且很少用到，大多数退役的光伏电板最终都会进入填埋。澳大利亚是一个很好的例子，他们会产生14万吨的光伏电池板废弃物，美国累计了将近100万吨，我们这里做了一幅图，显示了澳大利亚是怎样进行线性和循环的生命周期处理。

通过这样的一个图就能够简明扼要的来展示不同的理念，我们看到棕色或者是灰色的路径，而且澳大利亚很多资源是通过海运实现的，左边是一个线性的模式，澳大利亚和所有的这些物质，最后来进行填埋是它的终结，实际上就是用完即抛，就像普通人在生活当中一样，所谓的循环性的光伏产业是指，比如说我们用了便宜的光伏板，但是报废的时候怎么来处理呢?我们可以把它运输到海外，从哪儿进回哪里，来进行循环处理。这个字有点小，可能还要进行深入的研读。在中国我想也有自己的循环路径，这是昆明大学展示的一张示意图，就是PV电厂这些铝框架，还有光伏的模组，光伏板，它们报废之后，这些模块可以进行压碎处理，使用这种酸洗的方式来提炼出一些浸入液，然后干燥，来进行球墨的研磨，最后可以获得一些材料，获得一些合成物质，有可能用于电池，但中间还是有一个空缺的环节，看上去是一个循环，但是储能实际上还是停在电动车这一块，昆明科技大学也提到就这些报废光伏板的回收，是有一定的可能性，但是从经济学的角度来说并不合理，很难来实现一个具有经济的顺利回收。

在德国我们非常强调循环经济，欧盟提出了循环经济政策包，里面覆盖54个已经交付的行动，现在欧盟出台了自己的循环经济行动计划，我这个写错了，应该是2022年3月份，欧盟委员会通过了全面的报告，关于光伏发展的相关内容，2018年中国和欧盟签署了循环经济合作谅解备忘录，中间就包括光伏的循环利用合作。

下面来到德国的回收，有一些工作组，企业也好，智库也好，第一个是Fraunhofer硅光伏研究中心，这个大家应该都是了解的，它有非常强的研发实力，另外还有Reiling，Reiling公司是一家循环回收的企业，他们现在是找到了一个解决方案，在这些废弃的光伏模板当中，可以把硅回收出来再复利用，来生产新的PERC光伏板，右边的这个光伏板是100%使用回收的硅，没有使用其他来源的硅料，完全是回收复用的，它的光电转换率仍然可以达到19.7%，这个还是相当不错的一个转换率。

这两家实体我和他们都有非常好的联系，Reiling公司专门设计了一张幻灯，给大家展示一下。他们在这一块有15年的光伏组件回收经验，在德国差不多有1万吨的光伏废弃物，实际上这个企业他们都已经收购了，他可以完全的回收，完全制作全新的PERC光伏板，在未来每年可以回收5万吨，而且是在工业商业化的这样一个层次，不是像无底洞一样往里面投资，已经走出了实验室，已经可以工业化生产，后续可能在经济效益方面会进一步提升。

首先所有的光电板他们来进行视觉的检查，然后进行分拣，还能用的就还给光电厂，不能用的就拿走来进行回收，然后德国莱茵会对企业来进行认证，认证了后续不会产生任何的电气伤害。首先结晶是可能的，实际上100%回收的硅，结晶是完全可以做到的，不需要引入任何外部的商业纯化硅料。左边是我们进出的这些硅废弃物，右边是纯洁晶硅料，当然这个流程如何，这个里面没有给到很多的细节，像光伏的加工处理在德国这个技术方面，早就已经被中国赶超了，但是总而言之大家来看一下这个基本情况吧，最后的结果实际上是非常高纯度的硅料，还有玻璃料，这个里面有大量的硅粉。

现在还是有一些问题，比如说在美国存在数据的差距，循环技术不充分，基础设施欠缺，监管出现不确定性，另外还要提升公民意识，让大家更能接受这样的做法。我也希望这样的一个愿景在未来可以成为现实，我们希望德国能够成为全球在产业层面实现完全的光伏循环经济的领先国家，最后为全球的循环经济做出贡献，这是我们构建面向未来能源体系的一部分，也是非常贴合今年未来能源大会的主题。