TNO’s lasertechnologie: gamechanger voor circulaire zonne-energie

Deze lasertechnologie is een fundamenteel andere manier van recyclen. In 2024 is ongeveer 24% van het wereldwijd gedolven zilver gebruikt in zonnepanelen. Naar verwachting wint de nieuwe lasertechnologie liefst 99% van het zilver terug. Bovendien verbruikt deze methode vele malen minder energie.

Zonnepanelen zijn gemaakt om lang mee te gaan. De materialen uit elkaar halen is daarom niet eenvoudig. En dat vormt nu een probleem voor recycling. Met een laser-gebaseerde aanpak biedt TNO daar een oplossing voor. De technologie ontmantelt zonnepanelen vele malen efficiënter, met behoud van waardevolle grondstoffen. Dat is belangrijk om zonne-energie betaalbaar en minder afhankelijk van schaarse (import)grondstoffen te houden. Zo brengt de zogeheten PV-recycling een autonome zonne-energiesector een stap dichterbij.

Waarom zonnepanelen lastig te recyclen zijn

Zonnepanelen zijn ontworpen om minstens 25 jaar lang weer en wind te trotseren. Ze moeten tegen hitte, kou, vocht en mechanische belasting bestand zijn. Daarom zijn onderdelen zoals glas en zonnecellen stevig aan elkaar gelijmd. Dat gebeurt met zogeheten encapsulants.

De stevigheid van de zonnepanelen is een voordeel tijdens gebruik, maar een nadeel bij recycling. De lijmlagen maken het vrijwel onmogelijk componenten los te halen zonder ze te beschadigen. De huidige recyclingmethoden zijn vaak grof: panelen worden vermalen of verhit tot hoge temperaturen. Met deze technieken worden materialen zoals zilver en zuiver silicium helemaal niet teruggewonnen, of kost het zeer veel energie.

Recyclen met licht: van hechting naar scheiding

TNO ontwikkelde een alternatieve aanpak voor het ontmantelen van zonnepanelen. De panelen zijn ontworpen om zoveel mogelijk licht op te vangen. Dit principe vormt de sleutel tot recycling.

Een krachtige laser zet het licht in de actieve laag van het zonnepaneel lokaal om in warmte. De gerichte temperatuurstijging verwijdert de hechting tussen de zonnecellen en de encapsulanten. Zo worden de verschillende lagen gecontroleerd van elkaar gescheiden, zonder het hele paneel te verhitten of chemisch te behandelen. Deze technologie is toepasbaar op verschillende typen zonnepanelen.

Het resultaat: een veel schonere scheiding van materialen. Het glas blijft intact en de zonnecellen komen vrij met nauwelijks lijmresten. Dit proces vergt minder dan 1 kWh energie per module. Dat is een fractie van het energieverbruik van conventionele technieken zoals pyrolyse, wat 25 kWh per module kost. “Met laser-gebaseerde technieken laten we zien dat het anders kan: energiezuinig en met behoud van waarde”, zegt onderzoeksleider Mirjam Theelen.

Een goudmijn aan zilver en silicium

Circulariteit is één drijfveer, schaarste van grondstoffen een andere. En de waarde van de grondstoffen is niet gering. Zo bevatten de zonnepanelen veel zilver, waarvan naar verwachting 99% kan worden teruggewonnen. Op dit moment gaat 25% van het wereldwijd gewonnen zilver naar de productie van zonnepanelen, terwijl de vraag naar deze grondstof blijft toenemen.

Naast zilver zit in de zonnepanelen ook silicium van hoge zuiverheid. Dat kan binnen Europa slim worden hergebruikt, bijvoorbeeld in batterijen of nieuwe zonnecellen. Verder zijn ook het glas en de kunststoffen in de zonnepanelen beter her te gebruiken wanneer ze schoon worden teruggewonnen.

Waar recycling vaak een verplicht nummer is om aan regelgeving te voldoen, kan deze nieuwe lasertechnologie uitgroeien tot een winstgevend proces. De opbrengsten, in de vorm van zuivere materialen, zijn veel hoger dan de kosten voor het recyclen. Dit maakt hoogwaardig recyclen economisch interessant én kansrijk. Zeker nu meer zonnepanelen het einde van hun levensduur bereiken en de volumes in de afvalstroom toenemen.

Van optimaliseren naar opschalen

Het onderzoek van TNO loopt nu 3 jaar en bevindt zich duidelijk voorbij de verkennende fase. In het lab zijn vrijwel alle veelvoorkomende zonnepanelen al succesvol behandeld en uit elkaar gehaald. De onderzoekers optimaliseren het proces continu, bijvoorbeeld door te kijken hoe verschillende lasertypes de lijmlagen beïnvloeden.

Een opvallend aspect is dat het proces zichzelf deels ‘zichtbaar’ maakt: wanneer de laser zijn werk doet en de hechting afneemt, verandert het oppervlak subtiel van kleur. Dat geeft onderzoekers directe feedback en helpt om het proces nauwkeurig af te stemmen.

Het onderzoek is inmiddels opgeschaald van laboratoriumopstellingen naar toepassingen die relevant zijn voor industriële recycling. De volgende fase richt zich op het inpassen van de lasertechnologie in de volledige procesketen van PV-recycling. Daarbij wordt getest onder praktijkcondities.

De onderscheidende rol van TNO

TNO werkt niet alleen aan de techniek zelf, maar ook aan de vraag hoe deze binnen bestaande en toekomstige recyclingketens past. De onderzoekers werken samen met industrie, beleidsmakers, de overheid, machinebouwers, zonnepaneelfabrikanten en recyclingbedrijven. Want: een nieuwe technologie heeft pas echt impact als duidelijk is wanneer investeren loont, hoe regelgeving kan aansluiten en welke volumes precies nodig zijn om het rendabel te maken.

Op dit moment lopen er verschillende projecten met industriële partners en er staan meer samenwerkingen in de steigers. Zo wordt onder meer met een Nederlandse machinebouwer getest op volledige modules.

Grenzeloos van elkaar leren

Ook internationaal groeit de aandacht voor zonnepaneelrecycling met lasers. TNO is wereldwijd een van de voorlopers. In Australië en de Verenigde Staten lopen vergelijkbare onderzoeken. De parallelle ontwikkelingen bieden kansen om oplossingen verder te verbeteren. "Het is geweldig om van elkaar te kunnen leren”, geeft Theelen aan.

TNO ziet duidelijke verschillen tussen fundamenteel universitair onderzoek en de meer toepassingsgerichte aanpak die nodig is om technologie naar de markt te brengen. Juist in die vertaalslag ligt de kracht van een kennisinstituut als TNO.

Blik vooruit: lasers als integraal onderdeel van zonne-energie

Licht in de vorm van lasers gaat de komende jaren een grotere rol spelen in recyclingprocessen. De verwachting is dat lasers een vast onderdeel worden van toekomstige recyclingfaciliteiten. Daarbij wordt ingezet op minimale energie-inzet en maximale materiaalopbrengst. Theelen: “Met deze laser-gebaseerde techniek zetten we een grote stap richting een circulaire zonne-energiesector.”