Equipa converte silício de painéis em fim de vida em nitreto

A moldura de alumínio e a caixa de junção foram retiradas de um único módulo solar Suntech STP200-18/Ub antes de os investigadores cortarem o seu laminado em peças do tamanho de células. A partir desse equipamento em fim de vida, uma equipa sul-coreana produziu nitreto de silício (Si₃N₄), uma cerâmica de elevado valor, depois de recuperar e purificar o silício.

O processo depende da separação de vários tipos de resíduos sem os deixar retidos no pó de silício. Depois de utilizarem uma faca quente para separar o vidro, a equipa triturou o laminado de etileno-acetato de vinilo (EVA) a 400 rpm, 600 rpm ou 800 rpm. Os peneiros removeram fragmentos da camada traseira e restos de EVA, enquanto a combustão a 600 °C durante uma hora eliminou o material orgânico remanescente. O ácido clorídrico visou o alumínio, o cobre, o estanho e o chumbo; o ácido nítrico dissolveu a prata. Uma etapa de sedimentação em água removeu depois o dióxido de titânio (TiO₂) da camada traseira.

Mais força não significou silício mais limpo. A 800 rpm, a forte aglomeração das partículas deixou 4 290 ppm de alumínio após a corrosão com ácido clorídrico; a 400 rpm, o resíduo foi de 189 ppm. Os investigadores selecionaram o pó obtido a 400 rpm para a etapa seguinte, demonstrando por que razão a reciclagem não pode ser otimizada simplesmente através de uma trituração mais intensa.

Em 5 minutos, a etapa de sedimentação removeu 71,4 % do TiO₂, mantendo uma taxa de recuperação de silício de 92,3 %. Depois de controladas as impurezas, o silício reciclado atingiu 99,95 % de pureza. O pó foi depois aquecido sob 95 % de azoto e 5 % de hidrogénio, primeiro a 1 350 °C durante uma hora e depois a 1 450 °C durante 10 minutos. O nitreto de silício resultante continha 93,1 % de α-Si₃N₄, contra 54,7 % quando se ignorava a purificação adicional. Isto é importante porque a cerâmica é valorizada pela sua resistência, estabilidade térmica, resistência ao desgaste e isolamento elétrico.

Concretamente, o processo poderá proporcionar aos recicladores de painéis solares uma utilização de maior valor para o silício recuperado, em vez de o tratar apenas como matéria-prima secundária. A tecnologia continua a ser uma prova de conceito baseada num único módulo, não constituindo ainda um processo prático e escalável. Jin-Seok Lee afirmou que a equipa está a trabalhar com a empresa de reciclagem sul-coreana Wonkwang S&T num sistema de reciclagem móvel mais próximo do local onde os módulos são descartados, com o objetivo de reduzir os custos de transporte em aproximadamente 30 % e as emissões de carbono em mais de 10 % face à reciclagem centralizada convencional.