Weltweit steht das Vorantreiben der Energiewende und die Umstellung des Energiesystems auf regenerative Energieträger im Fokus. Eine zentrale Schlüsselrolle zur Umstellung auf erneuerbare Energien spielen hierbei Solarenergie und Batterietechnologien. Photovoltaikanlagen weisen üblicherweise eine Lebensdauer von 20 – 30 Jahren auf. Bei der aktuellen Batterietechnologie gehen Experten von Lebenserwartungen bis zu 20 Jahren aus. Doch gerade im Hinblick auf die Nachhaltigkeit stellt sich die Frage, wie die Technologien nach Erreichen ihres Lebensendes verantwortungsbewusst entsorgt, recycelt und wieder in den Kreislauf gebracht werden.

Die Bedeutung der Rückgewinnung natürlicher Ressourcen begründet sich jedoch nicht nur aus ökologischer Sicht. Denn das Versäumnis der Nutzung genannter Potentiale kann zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten führen.

Welche Bestandteile haben die Komponenten und wie kann man sie rückgewinnen?

Aufgrund der verschiedenen Bestandteile innerhalb der Module und Batterien ergeben sich unterschiedliche Folgeschritte für die ausgedienten Technologien.

Photovoltaik-Module beinhalten zahlreiche wertvolle Ressourcen. Sie bestehen vornehmlich aus Silizium, Glas, Aluminium, Edelstahl, Silber und Kupfer. Allerdings sind die Komponenten in Kunststoff eingebettet, weswegen eine saubere Trennung die größte Herausforderung beim Recycling darstellt. Für die Rückgewinnung der Ressourcen stehen aktuell vor allem zwei Verfahren im Vordergrund: die Nutzung chemischer Bäder sowie die Anwendung von Pyrolyse. Dadurch können 95% der Rohstoffe wieder rückgewonnen werden.

Beim chemischen Bad erfolgt zunächst eine Zerlegung in grobe Einzelteile, beispielsweise durch einen Laser. Im Anschluss kommen die eigentlichen Zellen in eine chemische Lösung, wodurch sich diese in ihre einzelnen Bestandteile trennen.

Bei der Pyrolyse hingegen werden die Module unter Sauerstoffausschluss auf etwa 900°Grad Celsius erhitzt. Unter diesen Bedingungen sublimieren die Kunststoffe, also überführen ihren festen Aggregatzustand in den gasförmigen Zustand. Nachfolgend können die Rohstoffe separiert und aufbereitet werden.

Eine größere Herausforderung stellt das Recycling von Batteriespeichern dar. Ein Großteil dieser besteht aus Lithium, wobei sich das Stadium des Recyclings jener eher noch im Bereich der Entwicklung befindet. Der Prozess besteht aus einer Vielzahl von Schritten wie zum Beispiel der Deaktivierung, mechanischer Verarbeitung sowie hydrometallurgischer und/oder pyrometallurgischer Vorgänge. Aufgrund der Komplexität wird jedoch parallel auch intensiv an den Batterien gearbeitet, die es ermöglichen, Rohstoffe wie Lithium, Kobalt und Nickel leichter recyceln zu können.

Entwicklungsstand des Recyclingprozesses

Ausgediente PV-Module
Quelle: https://ae-solar.com/solar-module-recycling/

Maßgeblich für die Kommerzialisierung des Recyclings ist die Wirtschaftlichkeit. Diese wird wiederum durch die zu recycelbare Menge beeinflusst. Das erklärt auch die verschiedenen Entwicklungsstadien hinsichtlich der Recyclingprozesse.

Beispielsweise wird im Bereich der PV-Module das Recycling erst ab einer jährlichen Menge von 10 000 Tonnen als rentabel betrachtet. Während dieser kritische Wert in der Vergangenheit nur sehr selten erreicht wurde, so scheint es heute und auch in den nächsten Jahren als ein realistisches Ziel.

Das liegt vor allem am Inkrafttreten des Erneuerbare-Energie Gesetzes (EEG) und der damit verbundenen ersten großen Ausbauwelle zwischen 2004-2011. Die damals installierten Anlagen fallen in den kommenden Jahren aus ihrer 20 jährigen Förderzeit heraus und es entsteht der für die Wirtschaftlichkeit benötigte Solarschrott. Zudem müssen aufgrund neuer Regelungen aktuell 85% der verkauften Module gesammelt und zu mindestens 80% recycelt werden.

Anders sieht es bei Technologien der Batteriespeicher aus. Diese laufen in größeren Stückzahlen erst seit 2013 und standen lange vor wirtschaftlichen Herausforderungen. Über die Jahre ergaben sich jedoch erhebliche Innovationen, wodurch der Markt für Speichersysteme in den vergangenen 10 Jahren stetig gewachsen ist. Von 2013 bis zum ersten Halbjahr 2023 waren alleine in Deutschland knapp 900.000 Heimspeicher installiert.

Die Anzahl der PV-Speicher hat sich in den letzten 10 Jahren beinahe zweihundertfacht.

Allerdings ergibt sich durch den ca. 10 Jahre späteren Marktstart im Vergleich zu PV-Modulen eine zeitliche Verzögerung, bis die für die Wirtschaftlichkeit des Recyclings benötigte Menge an Altkomponenten zusammenkommt. In einigen Fällen werden auch sogenannte „second-life“ Anwendungen zum Einsatz kommen, bei dem alte, ausgediente Systeme in anderen Anwendungsfällen weitergenutzt werden können. Bei den Solarmodulen zeigt sich außerdem, dass es häufig auch nach über 20 Jahren kein Anlass zur Entsorgung besteht, sondern die Anlagen problemlos viele weitere Jahre betrieben werden können. Trotzdem, die technologischen Verfahren für das Recycling sowohl von Photovoltaik-Modulen als auch Lithium-Akkumulatoren sind jedenfalls vorhanden. So hat beispielsweise die Firma Düsenfeld aus Niedersachsen ein Recyclingverfahren für Lithium-Batteriezellen entwickelt, bei dem sich bis zu 91 Prozent der Ausgangsmaterialien zurückgewinnen lassen.

Entsorgung der Komponenten

Grundsätzlich fallen PV-Module sowie Batteriespeicher unter das Elektro- und Elektronikgerätegesetz (ElektroG). Daraus ergibt sich die Pflicht der Hersteller die Komponenten unentgeltlich wieder zurückzunehmen, da sie die abfallwirtschaftliche Verantwortung tragen. Diese Verpflichtung bietet den zusätzlichen Vorteil, dass die Hersteller selbst ein großes Interesse an der Rückgewinnung der Rohstoffe tragen, um ökonomische Vorteile zu erlangen.

Besitzer privater Anlagen können die Module kostenfrei am lokalen Wertstoffhof in haushaltsüblichen Mengen abgegeben werden. Zudem gibt es Rücknahmesysteme, wie das der Firma take-e-way GmbH, welches ein Rücknahmestellennetzwerk zur kostenfreien Rückgabe alter Solarmodule darstellt.

Bei Speichern hingegen ergeben sich andere Rahmenbedingungen aber auch gibt es beispielsweise mit der europäischen Batterieverordnung einen klaren Rechtsrahmen, der unter anderem festlegt, dass die Hersteller von Batterien die ausgedienten Speicher kostenfrei zurücknehmen und fachgerecht entsorgen bzw. zukünftig dem Recyclings zuführen müssen.