Il team trasforma il silicio solare esausto in nitruro

Il telaio in alluminio e la scatola di giunzione sono stati rimossi da un singolo modulo solare Suntech STP200-18/Ub prima che i ricercatori tagliassero il laminato in pezzi delle dimensioni delle celle. Da questo dispositivo a fine vita, un team sudcoreano ha prodotto nitruro di silicio (Si₃N₄), una ceramica di alto valore, dopo aver recuperato e purificato il silicio.

Il procedimento dipende dalla separazione di diversi tipi di rifiuti, evitando che restino intrappolati nella polvere di silicio. Dopo aver usato un coltello riscaldato per separare il vetro, il team ha macinato il laminato in etilene-vinil acetato (EVA) a 400 rpm, 600 rpm o 800 rpm. I setacci hanno rimosso i frammenti del backsheet e i residui di EVA, mentre la combustione a 600 C per un'ora ha eliminato il materiale organico rimasto. L'acido cloridrico ha agito su alluminio, rame, stagno e piombo; l'acido nitrico ha dissolto l'argento. Una fase di sedimentazione in acqua ha quindi rimosso il biossido di titanio (TiO₂) dal backsheet.

Una forza maggiore non ha prodotto silicio più pulito. A 800 rpm, una forte agglomerazione delle particelle ha lasciato 4.290 ppm di alluminio dopo il trattamento con acido cloridrico; a 400 rpm, il residuo era di 189 ppm. I ricercatori hanno selezionato la polvere ottenuta a 400 rpm per la fase successiva, dimostrando perché il riciclo non possa essere ottimizzato semplicemente aumentando l'intensità della macinazione.

In 5 minuti, la fase di sedimentazione ha rimosso il 71,4% del TiO₂, mantenendo un tasso di recupero del silicio del 92,3%. Dopo aver controllato le impurità, il silicio riciclato ha raggiunto una purezza del 99,95%. La polvere è stata quindi riscaldata in presenza del 95% di azoto e del 5% di idrogeno, prima a 1.350 C per un'ora e poi a 1.450 C per 10 minuti. Il nitruro di silicio risultante conteneva il 93,1% di α-Si₃N₄, contro il 54,7% quando si saltava la purificazione aggiuntiva. È un dato importante perché la ceramica è apprezzata per la sua resistenza, stabilità termica, resistenza all'usura e capacità di isolamento elettrico.

In concreto, il procedimento potrebbe offrire ai riciclatori di pannelli solari un impiego di maggior valore per il silicio recuperato, invece di trattarlo soltanto come materia prima secondaria. La tecnologia resta una prova di fattibilità basata su un singolo modulo, non ancora un processo pratico e scalabile. Jin-Seok Lee ha dichiarato che il team sta collaborando con l'azienda coreana di riciclo Wonkwang S&T a un riciclo mobile più vicino ai luoghi in cui i moduli vengono dismessi, con l'obiettivo di ridurre i costi di trasporto di circa il 30% e le emissioni di carbonio di oltre il 10% rispetto al riciclo centralizzato convenzionale.