太陽光パネルが寿命を迎え、有毒なゴミが残る

この記事はもともとGristに掲載されたもので、Climate Deskのコラボレーションの一部です。

太陽光パネルは、気候変動対策において不可欠な役割を果たす再生可能エネルギー源として、ますます重要になっています。しかし、複雑な技術を駆使した太陽光パネルは、寿命を迎えると大きくかさばる電子廃棄物のシート状になります。そして現在、世界のほとんどの国では、その廃棄物処理計画が未だに策定されていません。

しかし、太陽光発電関連の電子廃棄物が過剰に発生するため、早急にリサイクルシステムを開発する必要があります。国際再生可能エネルギー機関（IREA）は、2050年までに最大7,800万トンの太陽光パネルが寿命を迎え、世界では年間約600万トンの新たな太陽光関連電子廃棄物が発生すると予測しています。この数字は人類が毎年排出する電子廃棄物の総量のごく一部に過ぎませんが、標準的な電子機器リサイクル方法では太陽光パネルのリサイクルは不可能です。銀やシリコンなど、最も価値の高い材料を回収するには、特別なリサイクルソリューションが必要です。そして、これらのソリューションと、その普及を支援する政策を開発できなければ、どうなるかは明らかです。

「リサイクルを義務付けなければ、多くのモジュールが埋め立て処分されることになる」とアリゾナ州立大学の太陽光研究者メン・タオ氏は語る。同氏は最近、太陽光市場の95％を占めるシリコン太陽光パネルのリサイクルに関するレビュー論文を執筆した。

太陽光パネルは、太陽光を電気に変換する太陽電池（PV）で構成されています。これらのパネルが埋め立て地に廃棄されると、貴重な資源が無駄になります。また、太陽光パネルには鉛などの有害物質が含まれており、分解時に浸出する可能性があるため、埋め立ては新たな環境汚染を引き起こします。

ほとんどの太陽光発電メーカーは、自社のパネルの耐用年数は約25年だと主張していますが、世界が太陽光発電を広く普及し始めたのは2000年代初頭でした。そのため、現在廃棄されるパネルの数はごくわずかです。太陽光パネルの回収とリサイクルを専門とする非営利団体PV Cycleは、ディレクターのヤン・クリンク氏によると、欧州連合（EU）全域で毎年数千トンの太陽光関連電子廃棄物を回収しています。この数字には、耐用年数に達した太陽光パネルだけでなく、嵐による損傷、何らかの製造上の欠陥、あるいはより効率的な新型モデルへの交換などにより早期に廃棄されたパネルも含まれています。

今日、太陽光パネルが寿命を迎えると、いくつかの運命をたどる可能性がある。EU法では、生産者は太陽光パネルが適切にリサイクルされるようにすることが義務付けられている。日本、インド、オーストラリアでは、リサイクル要件が策定中である。米国では、無法地帯だ。ワシントン州の州法を除き、米国には太陽光リサイクルの義務付けは全くない。自主的な業界主導のリサイクル活動は、範囲が限られている。「現在、リサイクルされる太陽光パネルの数は10％程度だとほぼ確信しています」と、米国で数少ないPVリサイクル専門企業のひとつ、Recycle PV SolarのCEO、サム・ヴァンダーフーフ氏は語る。残りは埋め立てられるか、環境保護が弱い発展途上国で再利用するために海外に輸出されると同氏は言う。

リサイクルが行われているとしても、改善の余地は大いにあります。ソーラーパネルは本質的に電子サンドイッチです。中身は薄い結晶シリコンセルの層で、両側はポリマーとガラスのシートで絶縁され、風雨から保護されています。これらはすべてアルミフレームで固定されています。パネルの背面には、発電された電気を外部に送る銅線が入ったジャンクションボックスがあります。

典型的な電子廃棄物処理施設では、このハイテクサンドイッチは粗雑に扱われる。リサイクル業者は通常、パネルのフレームとジャンクションボックスを取り外してアルミニウムと銅を回収し、ガラス、ポリマー、シリコンセルを含むモジュールの残りの部分を細断する。シリコンセルは銀電極でコーティングされ、スズと鉛を使ってはんだ付けされる（重量でこの混合物の大部分はガラスであるため、結果として得られる製品は不純な粉砕ガラスとみなされる）。タオと彼の同僚は、リサイクル業者が標準的な60セルのシリコンパネルを分解すると、回収されたアルミニウム、銅、ガラスに対して約3ドルの収入が得られると見積もっている。一方、ヴァンダーフーフは、米国でこのパネルをリサイクルするコストは輸送費を差し引いた後でも12ドルから25ドルであり、「多くの場合、リサイクルコストと同額になる」と言う。同時に、輸送費が「リサイクルコストと同額になる」ことを許可している州では、ソーラーパネルを固形廃棄物埋立地に廃棄するのにかかるコストは通常​​1ドル未満である。

「米国におけるリサイクルの大きな盲点は、コストが収益をはるかに上回っていることだと考えています」と孟氏は述べた。「その比率はおよそ10対1です。」

太陽光パネルのより価値の高い成分、すなわちシリコンと銀を効率的に分離・精製できれば、費用対効果を改善できる可能性がある。少数の太陽光発電リサイクル専門企業がこの試みに取り組んでいる。フランスで世界唯一の商業規模のシリコン太陽光発電リサイクル工場を運営するヴェオリア社は、パネルを細断・粉砕し、光学技術を用いて低純度のシリコンを回収している。ヴァンダーフーフ氏によると、リサイクルPVソーラー社は当初、「熱処理とボールミル処理」を用いており、低純度の銀やシリコンを含むパネルに含まれる物質の90%以上を回収可能だった。しかし同社は最近、欧州のパートナー企業から「95%以上の回収率」を実現し、回収した物質をより正確に分離できる新たな設備を導入したという。

太陽光発電の研究者の中には、それよりもさらに優れた成果を目指している人もいます。最近発表された別のレビュー論文では、国立再生可能エネルギー研究所（NREL）の科学者が率いるチームが、あらゆる金属と鉱物を高純度で回収する新たなリサイクルプロセスの開発を提唱し、リサイクルを経済的に実現可能かつ環境にも優しいものにすることを目標としています。筆頭著者のガービン・ヒース氏が説明するように、こうしたプロセスには、熱処理や化学処理を用いてガラスとシリコンセルを分離し、その後、他の化学的手法や電気的手法を用いてシリコンと様々な微量金属を分離・精製するといった手法が含まれる可能性があります。

「私たちが求めているのは、高価値統合リサイクルシステムです」とヒース氏はグリスト誌に語った。「高価値とは、これらのモジュールから価値ある構成材料をすべて回収することを意味します。統合とは、これらの材料すべてを回収できるリサイクルプロセスを指し、あるリサイクル業者から次のリサイクル業者へとカスケードさせる必要がないことを意味します。」

太陽光発電業界は、より優れたリサイクル方法の開発に加え、可能な限りパネルの再利用方法を検討すべきです。なぜなら、使用済みの太陽光パネルは、その中の金属や鉱物よりも高い価格で取引される可能性が高いからです（また、再利用は一般的にリサイクルよりもエネルギー消費量が少ないため）。リサイクルと同様に、EUはこの分野でも先行しています。欧州委員会は、太陽光発電産業のための循環型ビジネスモデルプログラムを通じて、ベルリンの電動自転車充電ステーションやベルギーの集合住宅への電力供給など、屋根や太陽光発電所から回収された太陽光パネルをどのように再利用できるかを示す様々な実証プロジェクトに資金を提供しています。

リサイクルPVソーラーは、受け取った状態の良いパネルを再認証して再販売しており、ヴァンダーフーフ氏によると、これはリサイクル費用の相殺に役立っているという。しかし、ヴァンダーフーフ氏とタオ氏は共に、米国のリサイクル業者が品質管理の行き届いていない中古の太陽光パネルを途上国に販売していることを懸念している。「そして、これらの国には通常、電子機器廃棄物に関する規制がありません」とタオ氏は述べた。「つまり、最終的には、問題を貧しい国に押し付けていることになるのです。」

太陽光発電リサイクル産業が持続的に成長するには、最終的には支援的な政策と規制が必要となる。生産者に太陽光パネルの回収とリサイクル費用を負担させるEUのモデルは、米国が模倣すべき良いモデルかもしれない。しかし、それが実現する前に、米国の議員たちはこの問題が存在し、しかも拡大の一途を辿っていることを認識する必要がある。だからこそ、ヴァンダーフーフ氏は議員たちへの啓蒙活動に多大な時間を費やしているのだ。

「太陽光パネルは時間の経過とともに故障するという事実を直視する必要があります。そして、世の中にはそのようなパネルが数多く存在します」と彼は述べた。「そして、故障し始めたらどうすればいいのでしょうか？その責任を消費者に押し付けるのは正しくありません。そして、私たちは今まさにその状況に陥っているのです。」

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