Modelos de energía solar fotovoltaica con materias primas secundarias

Resumen

PANORAMA GENERAL

Enel Green Power es una compañía mundial líder en el desarrollo y gestión de producción energética proveniente de fuentes de energía renovables, con una capacidad instalada total de 54 GW basados en un portfolio integrado compuesto de tecnología eólica, solar, hidroeléctrica y geotérmica.

En el objetivo de la generación 100 % renovable, la energía solar fotovoltaica (PV) será una de las que contribuya más notablemente al crecimiento de las energías renovables en la próxima década, con un incremento constante previsto de la capacidad instalada. Sin embargo, la estrategia de Enel Green Power (EGP) también busca el desarrollo y la adopción de soluciones innovadoras que puedan apoyar la transición hacia una forma más sostenible y eficiente de generar energía a largo término.

Algunos investigadores explican que se espera un aumento significativo de los residuos de paneles fotovoltaicos en el futuro cercano. La capacidad instalada de energía fotovoltaica global alcanzó, aproximadamente, los 400 GW a finales de 2017 y se espera que aumente más de 10 veces hasta los 4500 GW en 2050. Considerando que cada panel tiene unos 25 años de vida útil, se prevé que los residuos de paneles fotovoltaicos a nivel mundial alcancen entre el 4 % y el 14 % de la capacidad de generación total en 2030 y que aumenten a más del 80 % (unos 78 millones de toneladas) para 2050. (Md. Shahariar Chowdhury et al., Energy Strategy Reviews, volúmen 27, 2020, 100431, doi.org/10.1016/j.esr.2019.100431). Aunque se prevé que la cantidad de residuos de los paneles fotovoltaicos (PV) aumente exponencialmente en las próximas décadas y se recicle actualmente entre el 80 % y el 90 % del peso de los paneles PV, hasta el momento se han llevado a cabo pocas investigaciones para aumentar la eficiencia de sus procesos de reciclaje.

El aumento de los residuos de paneles PV se presenta como un nuevo reto medioambiental, pero también como oportunidades sin precedentes para crear valor y obtener nuevos ingresos. Estos incluyen la recuperación de materias primas y la creación de nuevas industrias para el final de su vida útil.

Aunque algunos materiales de alta calidad, como el vidrio, pueden recuperarse con procesos de reciclaje estándar, el reciclaje de alta eficiencia de paneles fotovoltaicos puede permitir, también, recuperar silicio y metales, que normalmente se pierden en los procesos de reciclaje base. Además, Europa depende en gran grado de la importación de metales como materias primas críticas (CRM, Critical Raw Materials) como el indio, fósforo o silicio y metales preciosos como la plata o el cobre. Con el objetivo de reducir la cantidad de residuos depositados en vertederos y la dependencia de las importaciones de materias primas que tiene la economía europea, el reciclaje de paneles fotovoltaicos es la forma más pertinente (y necesaria) para abastecer de materias primas provenientes la gigantesca mina de residuos fotovoltaicos como los residuos de apartaos eléctricos y electrónicos (RAEE). El pronóstico de residuos de paneles fotovoltaicos remarca la realidad de un mercado masivo emergente para el reciclaje de los mismos.

Por ello, Enel Green Power está buscando procesos de reciclaje sostenibles e innovadores para recuperar materias primas secundarias al final de la vida útil de los módulos fotovoltaicos (incluyendo los módulos que han fallado anticipadamente), con el objetivo de aumentar las tasas de recuperación, la recuperación de materiales de calidad y disminuyendo la producción de residuos.

Para preguntas sobre el reto y tu propuesta puedes ponerte en contacto con: EnelOpenInnovabilityChallenges@wazoku.com

Descripción

ESCENARIO

La energía solar es imprescindible e incuestionablemente la solución más válida y asequible al frente de la transición energética y el cambio climático en todo el mundo. Aunque los sistemas fotovoltaicos (PV) proporcionan generación de energía a cero emisiones a lo largo de sus 25-30 años de vida útil, es necesario asegurar productos sostenibles a lo largo de todo su ciclo de uso. Mientras que se han realizado grandes esfuerzos para la etapa de fabricación para reducir el impacto medioambiental, el final de la vida útil de los dispositivos fotovoltaicos no se ha abordado adecuadamente.

Se han estimado los futuros residuos fotovoltaicos con volúmenes sustancialmente acumulativos de unos 10 millones de toneladas en Europa y 60-78 millones de toneladas mundiales para 2050. Actualmente, el 80-90 % de los residuos fotovoltaicos se reciclan, mientras que el 10-20 % restante, que también contiene materiales de alto valor, se acumula en vertederos. Esto no es una solución satisfactoria, especialmente teniendo en cuenta la previsión de los millones de toneladas de módulos fotovoltaicos que habrán llegado al fin de su vida útil.

INFORMACIÓN BÁSICA

El escenario de reciclaje base es representativo de las prácticas habituales en Europa occidental de las plantas de reciclaje RAEE, que no están equipadas con tecnología especializada para el reciclaje fotovoltaico. Este escenario empieza con el desmontaje manual de los marcos y cables, que se clasifican para su posterior reciclado. Las partes restantes del panel se tratan con técnicas simples (p.e. se martillean o se muelen para separar parcialmente el vidrio) o, directamente, se trituran junto a otros RAEE. Dada la heterogeneidad de los paneles fotovoltaicos (incluyendo vidrio, encapsulados, células de silicio y panel posterior multipolimérico), este proceso no es capaz de separar eficientemente diferentes materiales.

Técnicas innovadoras que permitan la recuperación de materias primas secundarias, centrándose en el silicio, el indio, la plata y el cobre, evitando las consecuencias desastrosas de la pérdida permanente de materias primas debido a las prácticas de acumulación en vertederos o triturado, proporcionará una respuesta a este nuevo reto medioambiental, dándonos la oportunidad de transformarlo en una nueva oportunidad para crear valor.

Los beneficios previstos de la recuperación de estos materiales contrarrestan los grandes impactos de los procesos de reciclaje altamente eficientes. Considerando el ciclo de vida útil completo del panel, la energía producida por el mismo garantiza los beneficios medioambientales más significativos. Sin embargo, los beneficios previstos de un reciclaje altamente eficiente son importantes para algunas categorías de impacto, especialmente para el indicador de agotamiento de recursos. Estos tratamientos deben abordarse cuidadosamente ya que pueden ser responsables de emisiones que contaminen el aire o el agua.

EL DESAFÍO

Enel Green Power (EGP) está buscando la mejor tecnología o procesos –desde una perspectiva sostenible, eficaz y de costes– para recuperar materias primas secundarias, centrándose en el silicio, el indio, la plata y el cobre, al final de la vida útil de los módulos fotovoltaicos, para definir una cadena de negocios sostenible bajo la perspectiva de la economía circular. La solución debe poderse llevar a cabo en los países más importantes en los que Enel Green Power está desarrollando sus negocios y los casos de negocios deben considerar reglas locales y problemas logísticos.

REQUISITOS DE LA SOLUCIÓN

Las entregas deben abordar los siguientes requisitos de la solución.

La solución debe:

ser rentable, enfocando los costes operativos en el orden de magnitud de 100 €/tonelada de residuos tratada y tener en cuenta el coste total del reciclaje (análisis del ciclo de vida, LCA, life cycle analysis), comparado con el proceso de reciclaje actual;
ser un proceso de cero desperdicios (100 % de reciclaje y reutilización);
no producir contaminantes (o debe reducir la contaminación en comparación con el proceso estándar) que puedan tener un efecto negativo en el ecosistema. Por lo general, se usan procesos químicos para tratar la fracción de las células solares para recuperar metales y silicio (Si). Los procesos se basan en pasos sucesivos que usan ácido fluorhídrico (HF) y ácido nítrico (HNO₃), hidróxido de sodio (NaOH) y/o ácido clorhídrico (HCl) y peróxido de hidrógeno (H₂O₂), que son mayormente tóxicos y peligrosos. Es más, el uso de soluciones acuosas ácidas o alcalinas implica el consumo de reactantes importantes, generando, así, grandes flujos de residuos químicos;
ser capaz de hacer tratar grandes cantidades de materiales (capacidad de reciclaje > 5000 toneladas de módulos al final de su vida útil anuales);
usar procesos de reciclaje que puedan recuperar materiales (silicio, indio, plata y cobre) con una pureza de >99 %;
encargarse, tanto como sea posible, de las oportunidades locales de reciclaje para evitar o minimizar el transporte a lo largo de largas distancias debido al tamaño, peso y dimensiones de los materiales (aunque estén desmontados). En concreto estamos buscando soluciones que se puedan llevar a cabo en Europa (centrándonos en Italia y España), EE.UU., Chile, Brasil y México.

Asimismo, las soluciones deben:

usar los materiales recuperados en la producción de paneles solares PV o en otros sectores en los que se pueda mantener su valor. Se considerarán otros usos con menor prioridad;
ser capaces de implementarse globalmente, siguiendo, por lo tanto, mejores prácticas medioambientales y de seguridad y considerando las leyes y regulaciones para el manejo y disposición de los materiales;
ser capaces de procesar los residuos de la fabricación de paneles fotovoltaicos (células y versiones previas, módulos ensamblados) provenientes de productores de células y módulos PV.

DOCUMENTACIÓN A ENTREGAR

La propuesta enviada debe incluir:

Una descripción detallada del método propuesto o procesos que permitan una evaluación de la viabilidad por parte de Enel Green Power e incluir (aunque no se limite a):
- el análisis del rendimiento de los diferentes procesos para el reciclaje de residuos fotovoltaicos de silicio cristalino, desde una perspectiva del ciclo de vida;
- la comparación de los impactos del ciclo de vida de las soluciones innovadoras con procesos de estándar actuales que evalúen los beneficios medioambientales de la recuperación de materias primas secundarias;
- una descripción de todos los procesos químicos/mecánicos/físicos utilizados;
- los detalles sobre los deshechos de materiales/componentes resultantes del proceso, desde un punto de vista químico/mecánico/físico y de cómo deben usarse;
- una descripción de cualquier producto residuo que resulte de los procesos propuestos y cómo debería disponerse (la solución propuesta debe evitar la producción de residuos);
- una descripción detallada de los gastos generales del proceso, incluyendo el consumo energético, centrándose en el coste-eficiencia.

Datos, casos de estudio, patentes y referencias periodísticas o cualquier otro material que apoye la solución propuesta.

Enel Green Power puede querer asociarse con el participante al final del reto. Los participantes deben describir su experiencia e incluir una declaración indicando su interés en esta oportunidad.

La propuesta no debe incluir información de identificación personal (nombre, usuario, compañía, dirección, teléfono, correo electrónico, página web personal, currículum, etc.) ni cualquier otra información que los participantes consideren de su Propiedad Intelectual y que no quieran compartir.

ODS

Este reto contribuye a los siguientes objetivos de desarrollo sostenible (ODS) para transformar nuestro mundo:

ODS 9: Industria, innovación e infraestructuras
ODS 12: Producción y consumos responsables
ODS 13: Acción por el clima

Reglas del Reto

Se invita a los participantes a leer encarecidamente el archivo Reto y regulación del reto, adjunto más abajo, en la sección Adjuntos, antes de enviar la solución.

Al enviar la solución se aceptan automáticamente la Regulación adjunta, además de los Términos de uso de esta plataforma.

ELEGIBILIDAD

Exceptuando a las personas involucradas en la organización y gestión del OPEN INNOVABILITY^® CHALLENGE y de sus cónyuges o parejas y sus familiares hasta el cuarto grado calculado según la ley italiana, todos los empleados que trabajen en las entidades legales pertenecientes al perímetro mundial de Enel Green Power and Termal Generation pueden enviar sus propuestas.

Sin perjuicio al artículo 5.5 de los Términos de uso, la obligación de conceder los derechos de propiedad intelectual establecidos en este artículo no se aplica si la solución ganadora está propuesta por un trabajador de la compañía Enel, a no ser que el empleado sea el propietario de la solución de acuerdo con la ley nacional pertinente.

Explica tu propuesta de manera clara en inglés, adjunta documentos (máx. 5 archivos, 25 MB de tamaño total) si es necesario.

Las propuestas se admitirán hasta el 17 de junio de 2022 y la evaluación empezará después de esta fecha.

DESAFÍO, PREMIO, DERECHOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL

Este es un reto teórico que solo requiere el envío de una propuesta escrita. El premio del reto estará supeditado a la evaluación teórica de la propuesta por parte del solicitante.

Para recibir un premio, los participantes no deben transferir los derechos de propiedad intelectual exclusivos al solicitante, sino que el participante proporcionará al solicitante una licencia no exclusiva para usar sus soluciones.

FECHA LÍMITE

Las propuestas a este reto deben recibirse antes de las 23:59 h (Hora de Europa Central) del 17 de junio de 2022.

Las propuestas enviadas con retraso no serán consideradas.

La regulación específica se encuentra en el CSA adjunto al final de esta página.

Reglamento

Innovative technologies to recover Secondary Raw Materials from End-of-Life PV Modules - Regulation

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¿Qué pasa después?

Enel evaluará la propuesta usando los siguientes criterios:

Viabilidad general científica y técnica de la solución propuesta;
Potencial económico del concepto (p. e. coste total de propiedad);
Potencial económico para Enel;
Novedad y creatividad;
Potencial de posición propietaria (p. e. si la tecnología es nueva o se puede proteger);
Capacidades del usuario y experiencia relacionada;
Realismo de la solución propuesta;
Nivel de madurez de la solución.

En caso de que el premio incluya “Colaboración con Enel”, una vez identificadas la(s) solución(es) adecuadas, Enel se reserva la oportunidad de empezar una colaboración, por ejemplo, con todas o algunas de las siguientes actividades:

Realización de pruebas;
Suministro de prototipos (si se trata de un equipo);
Instalación y pruebas de sitio;
Seguimiento del comportamiento la idea propuesta.

Una vez finalizada la evaluación, recibirás el feedback.
En caso de éxito, una persona de Enel se pondrá en contacto contigo para concretar los siguientes pasos.

El premio final de este Reto es contingente a que se complete satisfactoriamente el proceso de verificación, incluyendo la aceptación del Challenge-Specific Agreement (CSA, Acuerdo específico del reto), que es la regulación de este Reto.
El proceso de verificación incluye recibir del solucionador: la declaración jurada firmada (basada en el CSA), la renuncia de los empleados (si procede), la prueba de identidad y el Counterparty Analysis Questionnaire (CAQ, Cuestionario de análisis de contraparte).

SOBRE INNOCENTIVE

InnoCentive colabora con Enel en la gestión de este reto. InnoCentive es un catalizador de innovación a nivel global, en el que las mentes creativas resuelven algunos de los mayores problemas del mundo para conseguir premios de hasta 1 millón de dólares.

Las organizaciones comerciales, gubernamentales y humanitarias colaboran con InnoCentive para resolver problemas que pueden afectar a la humanidad en áreas que van desde el medio ambiente a los avances médicos.

SOBRE EL BUSCADOR

Enel es una empresa multinacional de energía y uno de los principales operadores integrados de gas y electricidad. Enel trabaja en más de 30 países de los 5 continentes, generando energía con una capacidad total instalada de más de 89 GW, vendiendo gas y distribuyendo electricidad a una red de aproximadamente 2,2 millones de km.

Con cerca de 75 millones de usuarios finales alrededor del mundo, Enel tiene la mayor base de clientes entre nuestros competidores europeos, y somos una de las empresas energéticas líderes en Europa por capacidad instalada.

El Grupo Enel está compuesto por cerca de 66 000 personas de todo el mundo que trabajan juntas con el mismo objetivo. Somos Open Power y nuestro objetivo es superar algunos de los mayores desafíos que enfrenta el mundo. Esto se logrará a través de un nuevo enfoque que combine la atención a la sostenibilidad con lo mejor de la innovación.

Enel se dedica a crear soluciones innovadoras que satisfagan las necesidades cambiantes de la sociedad. Mediante su plataforma de crowdsourcing openinnovability.com, la empresa conecta personas e ideas de todo el mundo, alentando a todos a proponer proyectos y soluciones sostenibles e innovadores que ayuden a desarrollar las comunidades locales.

Enel también está comprometida a ayudar para lograr 4 de los 17 los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS):

7 – Acceso a energía limpia y asequible.

9 – Construir infraestructura resiliente, promover la industrialización inclusiva y sostenible y fomentar la innovación.

11- Hacer que las ciudades y asentamientos humanos sean inclusivos, seguros, resilientes y sostenibles.

13 – Combatir el cambio climático.

Enel Green Power es la división del Grupo Enel focalizada en el desarrollo y gestión de la generación de sistemas de energía renovable con presencia global en 27 países de Europa, América, Asia, África y Oceanía. Enel Green Power es líder global en el sector de la energía verde, operando más de 1200 centrales con una capacidad gestionada de 54 GW en un mix de generación que incluye energía eólica, solar, geotérmica e hidroeléctrica, y está a la vanguardia de la integración de nuevas tecnologías en las centrales de energía renovable. Enel Green Power es un socio estratégico que permite a las comunidades, empresas y usuarios finales avanzar hacia una vida sostenible, impulsando el cambio hacia una sociedad descarbonizada y contribuyendo activamente al desarrollo y bienestar de las muchas áreas geográficas en las que opera.

Enel Green Power aplica el modelo CSV (Creating Shared Value, creación de valor compartido), encontrando nuevas oportunidades de negocios al resolver problemas sociales, combinando la competitividad con la creación de valor sostenible a largo plazo. Gracias a su investigación, innovación tecnológica, excelencia operativa reconocida internacionalmente y el trabajo duro de su gente, Enel Green Power mira hacia el futuro totalmente consciente de su potencial de crecimiento, tanto en términos de capacidad adicional como de rendimiento operativo.

Enel Green Power invierte en nuevas tecnologías para mejorar su flexibilidad y desempeño, como la combinación de tecnologías y fuentes en la misma central (hibridación), la integración de energías renovables con otros sectores (agrovoltaica, construcción verde, nuevos materiales, etc.) y la investigación para dar un nuevo rol a los componentes de la central una vez que lleguen al final de su vida útil. Todos estos proyectos se llevan a cabo bajo el lente de la sostenibilidad y la economía circular.

Con su experiencia internacional, Enel Green Power también desarrolla proyectos a medida para ofrecer a las empresas las mejores soluciones cuando se trata de energía generada a partir de fuentes renovables. Energía limpia y proyectos sostenibles, costes competitivos y soluciones a medida, son los principales beneficios de los Acuerdos Virtuales de Compraventa (Power Purchase Agreements, PPAs), herramientas que son capaces de crear colaboraciones sólidas y duraderas con empresas y clientes industriales.

Enel Green Power es además uno de los miembros fundadores de la Fundación RES4Africa, la asociación creada en 2012 para promover la energía renovable y la difusión del conocimiento en el continente africano.