Reciclagem de módulos fotovoltaicos de silício cristalino : separação e concentração de materiais

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Camargo, Priscila Silva Silveira
• Orientador(a): Veit, Hugo Marcelo
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Módulo fotovoltaico; Resíduos eletrônicos; Reciclagem; Metais : Recuperação
• Palavras-chave em Inglês: WEEE recycling; Crystalline silicon photovoltaic modules; Thermal and mechanical processes; Metal recovery; Polymer removal
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/234930

O crescente uso da energia fotovoltaica (FV) demanda soluções tecnológicas para os módulos solares em fim-de-vida. Diversas pesquisas científicas visando a reciclagem de módulos FV são executadas, baseadas em tratamentos mecânicos, elétricos, térmicos e químicos. Contudo, os processos de separação, concentração e recuperação de materiais a partir do resíduo FV ainda não estão totalmente definidos e estudados, existindo lacunas que precisam ser exploradas. Sob esses aspectos, este trabalho focou em aprofundar o uso do tratamento térmico e mecânico para tratar unidades de módulos FV de silício cristalino (c-Si, primeira geração), sem cominuição, que foram cortadas em amostras de 8 x 8 cm. O módulo sem caixa de junção e moldura de alumínio, também conhecido como laminado FV, foi caracterizado quimicamente. As técnicas aplicadas foram Análise de Fluorescência de Raios X para identificar metais, e Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier para polímeros. Parâmetros como atmosfera (oxidante ou inerte), temperatura de decomposição e massa percentual polimérica foram estudados por meio de Análise Termogravimétrica. A primeira rota de tratamento desenvolvida, Rota 1, testou quatros tempos de tratamento térmico a 500 ºC (30, 60, 90 e 120 minutos) e constatou que 90 minutos degradaram 13,62 ± 0,02% da massa original, cerca de 68% da carga polimérica, não havendo diferença estatística com 120 minutos. Por meio de segregação manual após o tratamento aplicado, a Rota 1 com 90 minutos obteve 3 frações de materiais, cujos percentuais em relação ao laminado original foram: 78,96 ± 0,04% de vidro (VD); 1,04 ± 0,11% de fitas de cobre com chumbo e estanho (FC); 6,38 ± 0,16% de fragmentos de silício, prata e resíduos poliméricos (SP). O restante da massa, composta por polímeros, foi degradado termicamente na Rota 1. A fração SP90min, rica em silício (46,62 ± 0,20%) e prata (0,28 ± 0,05%), que foi obtida teve 20 vezes mais prata que o laminado moído (0,014 ± 0,001%) e 30 vezes mais que um minério de alta concentração (0,01%). Por outro lado, a Rota 2 propôs um pré-tratamento mecânico em que o backsheet (composto por PET, EVA e PVF) foi removido com fresa, cerca de 10,32 ± 0,92% da massa do laminado, a fim de diminuir o tempo de tratamento térmico e evitar a emissão de HF, benzeno, dioxinas e outros compostos provenientes da queima desses polímeros. Por meio da Rota 2, a separação dos materiais e a decomposição total da carga polimérica foi alcançada com apenas 20 minutos de tratamento térmico, não havendo diferença estatística com 30 minutos. A aplicação da Rota 2 com 20 minutos, com a segregação manual, obteve em média 85,73 ± 0,71% de VD, 0,92 ± 0,05% de FC e 4,76 ± 0,38% de SP, em relação à massa do laminado original. A fração FC20min apresentou 59,56 ± 14,16% de Cu, 21,74 ± 5,76% de Pb e 14,30 ± 7,46% de Sn. A fração SP20min apresentou 68,04 ± 1,97% de Si e 0,43 ± 0,05% de Ag, isto é, teve 30 vezes mais prata que o laminado moído e 40 vezes mais que um minério de alta concentração. A Rota 2 com 22% do tempo de tratamento térmico usado na Rota 1, removeu mais polímeros e concentrou mais prata e silício, além de ter evitado a queima de compostos fluorados. Dessa forma, a Rota 2 propiciou a separação e concentração de matérias-primas provenientes de um resíduo perigoso, além de ser mais interessante em sentido econômico e ambiental que a Rota 1.