Die rasante Zunahme ausgedienter Photovoltaik-Module stellt die Recyclingindustrie vor eine zentrale Herausforderung: Die EVA-Kapselschicht, die Solarzellen fest mit Glas und Rückseite verbindet, muss rückstandsfrei und ohne Beschädigung der Siliziumwafer entfernt werden. Ein neu entwickeltes thermo-mechanisches Polierverfahren ermöglicht genau das – mit einer Rückgewinnungsrate von 99 % und einer Abtragsrate von 9 g/s bei nur 200 °C, 1000 U/min und einem Werkzeugversatz von 0,25 mm.
Warum die EVA-Entfernung im PV-Recycling entscheidend ist
EVA (Ethylen-Vinyl-Acetat) ist während der Modulherstellung dreidimensional vernetzt und chemisch an Glas sowie die Solarzellen gebunden. Dadurch ist das Polymer weder einfach schmelzbar noch leicht löslich, was die Trennung zu einem technologischen Flaschenhals macht. Ohne eine saubere Delamination bleiben die wertvollen Rohstoffe Silizium und Silber im Modul eingeschlossen, was die Wirtschaftlichkeit und Umweltbilanz des gesamten Recyclingprozesses beeinträchtigt.
Konventionelle Verfahren im Vergleich
Traditionelle thermische Delaminierung, auch Pyrolyse genannt, arbeitet typischerweise bei Temperaturen von 450 °C bis 600 °C (IEA-PVPS 2024). In diesem Bereich wird die Polymerstruktur irreversibel zersetzt, wodurch toxische Pyrolysegase wie Fluorwasserstoff und flüchtige organische Verbindungen (VOC) entstehen. Nasse chemische Verfahren, etwa mit Toluol oder Tetrahydrofuran, benötigen oft mehrere Stunden Einwirkzeit und erzeugen problematische Lösemittelabfälle.
- Temperaturbereich Pyrolyse: 450-600 °C (2024)
- Erforderliche Einwirkzeit chemischer Verfahren: mehrere Stunden
- Emissionen: HF, VOC, Lösungsmittelreste
Im Gegensatz dazu nutzt das vorgestellte Verfahren eine Vorwärmung auf nur 200 °C, wodurch EVA lediglich erweicht, aber nicht polymerisch abgebaut wird. Die nachfolgende CNC-gesteuerte mechanische Politur löst das Material rein physikalisch, ohne die Siliziumwafer zu überlasten.
Technologischer Vorteil des thermo-mechanischen Polierens
Durch eine gezielte Vorwärmung wird die Grenzflächenhaftung des Polymers reduziert, sodass die nachgeschaltete Scherkraft das EVA-Material punktuell ablöst. Die Prozessparameter – 200 °C, 1000 U/min und ein Werkzeugversatz von 0,25 mm – bilden ein optimiertes Prozessfenster, das sowohl die Materialintegrität des Siliziums als auch die Rückgewinnung des Polymers gewährleistet.
Alle Experimente wurden in Dreifachausführung durchgeführt.
Die systematische Untersuchung zeigte, dass das optimale Prozessfenster bei 200 °C, 1000 U/min und einem Werkzeugversatz von 0,25 mm liegt, wodurch eine Delaminationseffizienz von 9 g/s und eine EVA-Rückgewinnungsrate von 99 % erreicht werden.
Dank dieser Bedingungen wird kein thermischer Zerfall des Polymers angeregt, sodass das zurückgewonnene EVA in zusammenhängenden Stücken vorliegt und weiterverarbeitet oder als Sekundärpolymercompound wiederverwendet werden kann.
Skalierungspotenzial im wachsenden PV-Rückbaumarkt
Die internationale Organisation für erneuerbare Energien (IRENA 2026) prognostiziert ein jährliches Altmodulaufkommen von über 3 Millionen t bis 2035 und mehr als 25 Millionen t bis 2050. Typische kristalline Siliziummodule enthalten 8 % bis 12 % EVA, das entspricht etwa 1,5 – 2,5 kg EVA pro Standardmodul.
- Weltweites PV-Altmodulaufkommen 2026: > 25 Mio. t (bis 2050)
- EVA-Massenanteil pro Modul: 8-12 % (1,5-2,5 kg)
- Abtragsrate des Verfahrens: 9 g/s
- Rückgewinnungsrate: 99 % (2026)
Mit einer Abtragsrate von 9 g/s lässt sich die EVA-Schicht eines Standardmoduls in wenigen Minuten vollständig entfernen, was einen industriellen Durchsatz ermöglicht, der den künftigen Entsorgungsvolumen gerecht wird. Der geschätzte Marktwert rückgewinnbarer Rohstoffe aus Alt-PV-Modulen dürfte bis 2040 rund 6 Mrd. USD pro Jahr erreichen.
Umwelt- und Wirtschaftsvorteile
Das Verfahren vermeidet die Emission schädlicher Pyrolysegase und die Entstehung chemischer Lösungsmittelabfälle, die bei herkömmlichen Recyclingrouten unvermeidlich sind. Gleichzeitig wird das Polymer nicht thermisch zersetzt, sodass das zurückgewonnene EVA in Stückform weiterverwertet werden kann. Diese Kombination führt zu einer signifikanten Reduktion des ökologischen Fußabdrucks und eröffnet neue Wertschöpfungsströme im Kreislaufwirtschaftsmodell.
- Keine toxischen Pyrolysegase (HF, VOC)
- Kein Einsatz von organischen Lösungsmitteln
- 99 % EVA-Rückgewinnung bei 200 °C
- Marktwert zurückgewonnener Rohstoffe: 6 Mrd. USD/Jahr (bis 2040)
Praktische Umsetzung und mögliche Herausforderungen
Obwohl das Verfahren in Laborbedingungen hervorragende Ergebnisse liefert, gibt es potenzielle Risiken, die bei einer Skalierung beachtet werden müssen:
- Mechanische Vorbeschädigungen: Real vorhandene Wafer mit Rissen oder Hagelschäden könnten bei mechanischer Scherbelastung brechen, wodurch der Erhalt des Siliziums sinkt.
- Werkzeugverschleiß: Der dauerhafte Betrieb nahe der Erweichungstemperatur von 200 °C kann zu thermischen Anlagerungen am Polierkopf führen, was Wartungsintervalle und Betriebskosten erhöht.
Eine fortlaufende Optimierung von Werkzeugmaterialien und Prozesskontrollen ist daher entscheidend, um zuverlässige Langzeitperformance in industriellen Anlagen zu gewährleisten.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Warum ist EVA beim Modulrecycling so schwer zu entfernen?
EVA ist während der Modulherstellung dreidimensional vernetzt und chemisch an Glas und Zellen gebunden, wodurch es weder einfach schmelzbar noch leicht löslich ist.
Was passiert mit dem zurückgewonnenen EVA nach dem Polierprozess?
Da das Polymer bei 200 °C nicht thermisch zersetzt wird, fällt es in zusammenhängenden Stücken an und kann mechanisch weiterverarbeitet oder als Sekundärpolymercompound wiederverwertet werden.
Ist das Verfahren auch auf bifaziale Glas-Glas-Module übertragbar?
Laut den Forschenden ist das thermo-mechanische Verfahren gleichermaßen für monofaziale und bifaziale Module sowie für die vorderseitige EVA-Schicht anwendbar.
Fazit
Das vorgestellte thermo-mechanische Polierverfahren stellt einen signifikanten Fortschritt gegenüber etablierten Recyclingrouten dar. Durch die niedrige Prozess-Temperatur von 200 °C, die hohe Abtragsrate von 9 g/s und die nahezu vollständige EVA-Rückgewinnung von 99 % können PV-Altmodule effizient und umweltfreundlich entkapselt werden. Die Methode ermöglicht nicht nur die Schonung empfindlicher Siliziumwafer, sondern reduziert zudem Emissionen und chemische Abfälle – ein entscheidender Schritt hin zu einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft im Solarsektor. Mit dem erwarteten Anstieg des globalen Modulabfalls bis 2050 bietet das Verfahren das erforderliche Skalierungspotenzial, um die wachsende Menge an wertvollen Rohstoffen wirtschaftlich zurückzugewinnen.
