Nuevos paneles solares a partir de residuos de paneles solares.

28 de noviembre de 2022

por Georg Mathisen, Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología

La energía solar es una buena noticia para el planeta Tierra, pero los paneles solares no son tan respetuosos con el clima como deberían. El investigador Martin Bellmann utiliza lo que él llama los materiales de desecho de la fabricación de paneles solares, el "oro negro", para fabricar nuevos paneles.

La energía solar es energía limpia. Puro y simple. Pero la cosa empieza a complicarse a la hora de obtener las materias primas que necesitamos para fabricar paneles solares. No sólo la mayoría de estas materias primas provienen de China, sino que hasta un tercio del material se pierde durante el proceso de fabricación.

"Pero este material es posible recuperarlo durante el proceso de producción", afirma Martin Bellmann. "Y tal vez esto nos permita establecer una nueva industria basada en la energía solar en Europa", afirma. Bellmann es desarrollador de negocios senior en SINTEF Industry y dirige el proyecto internacional de paneles solares llamado Icarus. Los paneles solares representan actualmente el 60% del crecimiento mundial de las energías renovables.

Bellmann explica cómo los paneles solares comienzan con el mineral cuarzo, con el que se produce silicio superpuro. Primero, el silicio se funde en un crisol y se extrae un cristal o lingote de silicio.

"El lingote forma una especie de cilindro que crece y crece extrayendo lentamente el silicio del crisol", afirma Bellmann. "Luego se corta para formar un bloque de lados cuadrados que se corta en rodajas finas u obleas, como las llamamos los investigadores", dice.

Una oblea típica tiene sólo 0,13 milímetros (13 micrómetros) de espesor, y son estas obleas las que se utilizan para fabricar paneles solares.

Pero todo este corte produce una gran cantidad de polvo de "aserrín". Es como serrar una tabla de madera: parte de la madera se pierde en forma de aserrín. Lo mismo sucede cuando se corta un lingote de silicio, incluso si se utilizan finos hilos de diamante. Parte del material siempre se perderá en forma de "polvo de silicio".

"Perdemos el 35% del silicio en forma de polvo negro", afirma Bellmann.

Es este polvo, al que llama el nuevo oro negro, el que los investigadores pretenden explotar.

"Hoy en día simplemente tiramos este polvo", afirma Bellmann. Lo que el proyecto Ícarus hace, ante todo, es buscar formas de devolver el polvo a la cadena de valor y utilizarlo para fabricar cristales de silicio y paneles solares", afirma.

El polvo se recoge en una mezcla de lodo líquido que también contiene contaminantes del proceso de aserrado, como oxígeno, carbono, níquel, hierro y aluminio.

"El silicio contaminado por estos metales no es bueno para la fabricación de paneles solares", afirma Bellman

Por eso, junto con los socios del proyecto Icarus, busca formas de descontaminar el polvo de silicio para poder reciclarlo como materia prima para nuevos paneles solares. Lo que hoy consideramos residuos se puede aprovechar en otros productos como las baterías de los vehículos eléctricos. Varios socios están probando diferentes métodos para separar el silicio de la mezcla contaminada.

Naturalmente, el objetivo es aprovechar mejor la materia prima, lo que a su vez será bueno para el medio ambiente y el clima. Pero también es un objetivo declarado que Europa logre una mayor autosuficiencia.

"El sector europeo de paneles solares alguna vez fue más grande de lo que es ahora, pero todo se ha trasladado a China", afirma Bellmann. "Hoy en día dependemos en gran medida de las materias primas asiáticas y el silicio no es una excepción. Planeamos utilizar el polvo de silicio para ayudar a reducir nuestra dependencia de China", afirma.

Bellmann espera que el proyecto de investigación Ícaro sirva de base para una nueva industria, quizás también en Noruega. La energía noruega es limpia y esto es una gran ventaja en este contexto.

Una ventaja que resulta del proyecto Icarus es que los investigadores planean reciclar los crisoles de cuarzo que se utilizan para fundir el silicio antes de convertirlo en cristales.

"Los crisoles se rompen cuando se enfrían en el horno de fundición", afirma Bellmann. "Cada vez que se funde cuarzo hay que conseguir un crisol nuevo y tirar el viejo. Nuestro objetivo es utilizarlo como materia prima para fabricar carburo de silicio", afirma.

El carburo de silicio se utiliza, entre otros, en la industria electrónica, y los vehículos eléctricos son sólo uno de los muchos productos que contienen este material.

"Normalmente utilizamos el llamado cuarzo de alta pureza para fabricar carburo de silicio, pero esto es muy caro", afirma Bellmann. "Nuestra idea es que tal vez sea posible sustituir el cuarzo de alta pureza por residuos de crisol, que en esencia también son cuarzo de muy alta pureza", afirma.

El proyecto Icarus también estudia el reciclaje de residuos de grafito como materia prima para su uso en baterías, entre otros.

"También se descarta el grafito de alta pureza", afirma Bellmann. "Se utiliza en los hornos donde se extraen los cristales de silicio pero hay que reponerlo cada cierto tiempo porque pierde sus propiedades. Actualmente el proyecto Icarus trabaja con residuos de grafito, con el objetivo de reciclarlo", afirma.