Solar Module und Kollektoren entsorgen und recyceln: So geht’s
Das Umweltbundesamt warnt: Ausgediente und beschädigte Module und Kollektoren gehören nicht in den Restmüll. Die wertvollen Bestandteile sind unbedingt dem Recycling-Kreislauf zuzuführen. Die Begründung ist naheliegend: Erstens gelangen so die Materialien erneut in den Produktionsprozess. Zweitens belasten keine Schadstoffe die Umwelt. Und drittens schont die Wiederverwendung unsere Rohstoffressourcen. Unser Beitrag gibt gute Ratschläge für das sachgerechte Abbauen und Entsorgen der Solaranlage.
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Bis 2030 mehrere Millionen Tonnen Modulschrott
Der Solaranlagenmarkt boomt seit Jahren – was aus energiepolitischer Sicht äußerst positiv ist. Nur: Irgendwann verweigern diese Solaranlagen ihren Dienst, sei es aus Alterungsgründen oder durch einen vorzeitigen Ausfall, etwa durch Sturmschäden und irreparable Defekte. Bei uns werden die PV-Anlagen der ersten Generation jetzt so langsam ausgewechselt und müssen entsorgt werden. Weltweit, so die Internationale Organisation für Erneuerbare Energie (IRENA), ist 2030 von 1,7 bis 8 Millionen Tonnen an ausgemusterten PV-Modulen auszugehen. Ein Glück, dass wir den Modulschrott nicht endlagern müssen wie die ausgedienten Brennelemente der Kernkraftwerke.
Warum altern Solaranlagen?
Die Lebensdauer einer Photovoltaikanlage beträgt bei monokristallinen Modulen 30 bis 35 Jahre und bei Dünnschichtmodulen 25 bis 30 Jahre. Der zweite Wert kann auch bei der Lebensdauer einer Solarthermieanlage angenommen werden. Die Leistung einer Solaranlage nimmt jedoch bereits früher ab. Das hat unterschiedliche Gründe.
Photovoltaikanlagen mit Silizium-Solarzellen sind am weitesten verbreitet. Deren Degradation ist mit jährlich etwa 0,5 Prozent zwar gering, dennoch erzielen Anlagenbetreiber nach 20 Jahren nur noch etwa 90 Prozent des ursprünglichen Stromertrags. Die Gründe für diesen Ertragsverlust: Zum einen rosten die stromleitenden Metallkontakte der Solarzellen ein, was zu einer Minderung der Leitfähigkeit führt. Zum anderen verursachen hohe Temperaturen in den Zellen sogenannte interkristalline Rekombinationsvorgänge, die den Elektronenfluss behindern. Anders als kristalline Module erfahren Dünnschichtmodule außerdem in den ersten 1.000 Betriebsstunden eine Degradation durch auftreffendes Licht. Nach dieser Anfangsdegradation ist der Sättigungswert für den Wirkungsgrad jedoch wieder erreicht.
Auch Solarthermieanlagen verschleißen mit der Zeit. Bei Röhrenkollektoren belasten Ablagerungen, Korrosion und der anhaltend hohe Druck der heißen Solarflüssigkeit die Rohrleitungen. Selbst den robusten Flachkollektoren setzen die Witterung und die im Betrieb wechselnden Temperaturen zu.
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Wie lauten die gesetzlichen Bestimmungen zum Recycling?
Hersteller von Solaranlagen unterliegen einer Rücknahmepflicht. Diese ist in der WEEE-Richtlinie der Europäischen Union geregelt. WEEE ist die Abkürzung für Waste Electrical and Electronic Equipment, deutsch Elektro- und Elektronik-Altgeräte. Die aktuelle Fassung trägt das Datum 4. Juli 2018. Danach zählen Photovoltaikmodule zu den Großgeräten, die „zu 85 Prozent zu verwerten und zu 80 Prozent zur Wiederverwendung vorzubereiten und zu rezyklieren sind“. (Richtlinie 2012/19/EU, Anhang V, Teil 3) Anschaulicher wird es durch die Kurzbezeichnungen: 85 % Sammelquote und 80 % Recyclingquote.
So weit, so gut. Wichtiger noch ist die Umsetzung der Richtlinie in nationales, sprich: deutsches Recht. Das im Frühjahr 2021 novellierte Gesetz über das Inverkehrbringen, die Rücknahme und die umweltverträgliche Entsorgung von Elektro- und Elektronikgeräten (ElektroG) macht die Hersteller von Elektro- und Elektronikgeräten nun deutlich stärker für den gesamten Lebensweg der Geräte verantwortlich. Das bedeutet u.a.
- für die Hersteller, sich bei der zuständigen Behörde, der stiftung ear (elektro-altgeräte-register), zu registrieren. Die Möglichkeit des Abrufs im Internet gewährleistet einen transparenten und sich selbst kontrollierenden Markt.
- für die Verbraucher, ihre ausrangierten Elektro- und Elektronikgeräte separat vom Hausmüll zu entsorgen.
- für die Kommunen, die Altgeräte aus privaten Haushalten an Sammelstellen kostenlos entgegenzunehmen.
- für die Händler (Vertreiber), die Altgeräte aus privaten Haushalten kostenlos zurückzunehmen.
Die Sammelstellen geben die zurückgenommenen Geräte dann an eine zertifizierte Erstbehandlungsanlage. Dort werden die Bauteile geprüft und nach Entfernung der Schadstoffe in Materialfraktionen zerlegt und dem Recycling zugeführt. Die erhobenen Daten sammelt die stiftung ear.
Wo können Verbraucher ausgediente Solarmodule entsorgen?
Bei den bestehenden Möglichkeiten, ausgediente Solaranlagen loszuwerden, muss zwischen privaten Haushalten und dem gewerblichen Bereich unterschieden werden.
Privathaushalte: Nach dem ElektroG greift die Rücknahmepflicht. d.h. Hersteller und Installationsbetriebe sind verpflichtet, die Solarmodule und alle anderen Komponenten wie Wechselrichter zurückzunehmen. Zusätzlich nehmen die von den Städten und Kommunen eingerichteten Sammelstellen und Recyclinghöfe den Modulschrott privater Besitzer in haushaltsüblichen Mengen entgegen. Für Privatbesitzer ist diese Abgabe kostenfrei.
Gewerbe: Auch hier kommt in der Regel die Rücknahmeverpflichtung der Hersteller und Lieferanten zum Tragen. Aber: Kostenfrei sind nur die fach- und umweltgerechte Entsorgung und die Möglichkeit zur Rückgabe, nicht dagegen der Transfer. Und: Photovoltaikmodule die vor dem 24. Oktober 2015 in Verkehr gebracht wurden, gelten als „historische Altgeräte“ und sind auf eigene Kosten zu entsorgen.
Bei Solarthermieanlagen besteht keine gesetzliche Pflicht zur Rücknahme defekter Altgeräte. Hier lohnt es sich, auf das Umweltzeichen „Blauer Engel“ zu achten. Es kennzeichnet Hersteller, die sich freiwillig zur kostenfreien Rücknahme und Wiederverwertung alter Solarkollektoren verpflichtet haben.
Welche Bestandteile werden recycelt?
Im Unterschied zur Mindest-Recyclingquote von 80 Prozent (s.o.) können heute oft bis zu 95 % der Bestandteile von PV-Modulen wiederverwendet werden.
80 bis 90 Prozent davon ist Glas. Die Glasplatte eines Solarmoduls dient zugleich als Lichtdurchlass und Abdeckung. Sie ist transparent und schützt die empfindlichen Solarzellen vor Regen, Hagel, Schnee und alle Arten von Verschmutzung. Den höchsten Glas-Anteil haben Glas-Glas-Module. Bei Glas-Folie-Modulen besteht die Rückseite aus schwierig zu recycelndem Kunststoff. Recyceltes Glas lässt sich bei der Produktion neuer Photovoltaikmodule bedingt wiederverwenden. Meistens wird es jedoch zu Dammmaterial (Glaswolle) verarbeitet.
Bei herkömmlichen PV-Modulen mit Rahmen beträgt der Anteil an Aluminium oder Edelstahl etwa 10 Prozent. Aluminium lässt sich leicht wiederverwerten.
Das Silizium (für die Solarzellen) und einige Metalle wie Kupfer (elektrische Leitungen) und Silber (Kontaktfinger zwischen den Solarzellen) machen dagegen zusammen nur einen Anteil von etwa 1 Prozent aus. Entsprechend teuer ist die Gewinnung der Bestandteile. Zudem sind die Solarzellen von einer Einbettungsschicht aus Kunststoff umgeben, deren Abtrennung höhere Kosten verursacht als der Rohstoff selbst. Daher führt der Hauptweg für Siliziumzellen noch in die Müllverbrennungsanstalt.
Im Vergleich zu Photovoltaikanlagen ist die Trennung der Materialien bei Solarkollektoren einfacher. Der Absorber sowie die Rohre bestehen meist aus Aluminium oder Kupfer. Zur Dämmung verwenden die Hersteller Mineral- oder Glaswolle. Sowohl diese Bestandteile als auch der Rahmen aus Aluminium oder Stahlblech sind genau wie die Glasscheiben leicht voneinander zu trennen. Die einzelnen Materialien werden zur Herstellung neuer Solarthermieanlagen recycelt oder finden eine alternative Verwendung.
Zukunft des Recyclings von Solarmodulen
Recycling ist teuer und oft unwirtschaftlich. Ohne neue Ideen lohnt es sich allenfalls für das Aluminium aus den Rahmen, das Kupfer aus den Kabeln – und halbwegs für das Glas, das jedoch selten zu einem gleichwertigen Material verarbeitet wird (Downcycling). Die Aufbereitung der Silizium-Solarzellen kommt beim Standard-Recycling sogar überhaupt nicht infrage.
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Forschung und Entwicklung
Die gute Nachricht: Wissenschaftler in aller Welt forschen intensiv an Verfahren, die Rohstoffe zu trennen und ihnen ein zweites Leben zu ermöglichen. So konnte der Dienstleister Veolia gemeinsam mit fünf Partnerunternehmen im Rahmen des von der EU mit 4,8 Millionen Euro geförderten Projekts ReProSolar bereits einen innovativen Prozess entwickeln. Die Zielgebung war, die in den PV-Modulen enthaltenen Rohstoffe Kupfer, Silber, Aluminium, Silizium, Glas und Silikon ohne Zerkleinerung der Module zurückzugewinnen. Es gelang, die Solarzellen mithilfe hochintensiver Lichtblitze von der Glasplatte zu trennen und eine sehr hohe Reinheit der Rohstoffe zu erzielen. Da diese nun als Sekundärrohstoffe weiter genutzt werden können, schließt sich der Stoffkreislauf. Die Kreislaufwirtschaft hat gleich mehrere positive Aspekte: Kostbare Rohstoffe bleiben erhalten und Müllberge werden reduziert.
Ein weiterer Ansatz ist die Verwendung von Nanosilizium aus ausgedienten Siliziumzellen. Im April 2021 erschien die Meldung, ein Dresdner Forschungskonsortium entwickle neue Anoden auf Nano-Siliziumbasis. Sie sollen das herkömmliche Graphit ersetzen und so für mehr Energiedichte in Fahrzeug-Akkus und damit für eine größere Reichweite von E-Autos sorgen. Die Serienproduktion sei ab 2024 möglich.
Standards und Zertifizierungen
Ein Problem für die Wiederverwertung ist das häufige Beschädigen der Module beim Abbau. Um dies zu vermeiden, könnte eine Zertifizierung der Handwerkskräfte helfen. Vorher festgelegte Standards könnten die Abläufe vereinheitlichen. Ein Beispiel ist hier die Prüfung der Funktionsfähigkeit von Altmodulen, ein weiteres die Bestimmungen ihrer Rücknahme in den einzelnen Bundesländern.
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