Researchers are exploring the benefits and the potential role of silicon in the development of new, low cost and higher energy-density batteries technologies, which would notably allow electric vehicles to be recharged quickly, and to travel a greater distance with a single charge.
Des chercheurs explorent les bénéfices et le rôle potentiel du silicium dans le développement de nouvelles technologies de batteries à faible coût et à plus haute densité énergétique, qui permettraient notamment de recharger rapidement les véhicules électriques et de parcourir une plus grande distance avec une seule charge.
Onderzoekers onderzoeken de voordelen en de potentiële rol van silicium bij de ontwikkeling van nieuwe, goedkope batterijtechnologieën met een hogere energiedichtheid. Hierdoor kunnen elektrische voertuigen onder meer sneller worden opgeladen en een grotere afstand afleggen met een enkele laadbeurt.
1. What are the key components of a solar panel?
Photovoltaic (PV) modules are devices that can convert sunlight into electricity, without any other source of energy.
The key components of a typical solar panel are polysilicon, aluminum, glass, as well as silver and copper.
Silicon is the semiconductive material responsible for the sunlight conversion into electrical energy. Most silicon production comes out through mining and refining operations of the mineral quartzite.
Silver is also a significant PV panel material. Silver, being the most electricity-conducting metal on the planet and having the highest thermal conductivity, silver contacts are preferred over other metal contacts in the solar industry.
You can read more about the global solar supply chain in this recent report from the International Energy Agency.
2. How are researchers in Belgium supporting Europe’s green industrialisation?
Two research groups from the University of Liège (GREEnMat, GeMMe) are collaborating to rethink the recycling value chain of solar panels in Europe and to explore the benefits of using recycled silicon, in the development of new, higher energy-density, and low cost-battery technologies.
Liège boasts a rich industrial past, strongly anchored in metalwork. The city was a key industrial centre of Europe during the Middle Ages and became integral to the industrial revolution in the 19th century when English engineer, William Cockerill, built an engine factory there.
With the RESiLEX project, researchers are honoring the city’s past, and offering a modern reinvention of the city’s economic foundation.
GREEnMat researchers are using recycled silicon from end-of-life PV solar modules, to produce silicon-carbon (Si/C) composite powders for Li-ion batteries. GeMMe researchers are mostly involved in the recycling process of silicon and silver from solar panels.
Recma Group oversees the collection of end-of-life PV modules. The Comet Group is in charge of the mechanical recycling of the PV modules sent by Recma, to guarantee a continuous supply of pure silicon for the silicon/carbon composite production at GREEnMat.
Researchers at Ghent University are assessing the environmental impact of new silicon solutions. They are also investigating silicon recycling, and whether this reduces the environmental impact of mining and manufacturing.
3. How are recycled PV Panels contributing to e-mobility in Europe?
High-efficiency batteries with higher energy density are one of the keys to unlocking electric e-mobility in Europe.
RESiLEX contributes to increasing the competitiveness of the European battery sector, by developing high-energy density battery cells, from secondary raw silicon produced in the EU through the recycling of end-of-life PV panels.
High-energy battery cells allow electric vehicles to travel longer distances on a single charge. They also improve the charging capabilities of batteries which significantly reduces the time for recharging. In addition, they also enhance EV performance by offering higher power output for quick acceleration and maintaining higher speeds.
Notably, beyond the e-mobility sector, the potential of these batteries is also very important for energy storage for other major applications such as localised renewable energies.
4. Why should we care about recycling solar panels?
Compared to other electronics like fridges, washing machines, or mobile phones, solar panels have a relatively long lifetime of around 30 years. However, solar panels installed in the early 1990s and beginning of 2000s, are reaching the end of their life. The world will also install thousands of gigawatts of solar within this decade (see Q.6). For this reasons, the solar industry is working with researchers now, in order to prepare for responsible end-of-life management for solar materials, and preventing a new recycling crisis.
Solar recycling is also a legal requirement in the EU, under the EU’s Waste from Electrical and Electronic Equipment (WEEE) Directive With this directive, solar panels are in a category of electronic waste with an 85% recovery target, 80% of which consists of reuse and recycling. Solar panels are made up of several valuable materials, such as silicon, aluminum, and copper, that can be extracted and reused in the production of new solar panels.
5. What are the economic benefits to recycling solar panels?
Waste volume of end-of-life PV modules is expected to grow exponentially in the upcoming years. Recycling waste materials from PV panels will become a stand-alone business model, driving job creation in the EU. According to SolarPower Europe’s 2022 Solar Jobs report, recycling jobs represented nearly 14,000 out of 466,000 solar jobs in 2021. This number should increase in the long-term when more installed solar panels reach the end of their life.
Finally, recycling solar panels will drive local and qualified job creation for Europe, as waste streams increase. Treatment and recycling facilities are already in place.
6. How many solar panels does Belgium and Europe have right now, how many will they have in future?
Solar energy is a key tool to support energy security and climate goals, and solar panels are more in demand than ever. In 2022, the EU27 installed at least 41 GW of solar, a 47% increase from 2021.
The International Energy Agency says that the EU needs 60 GW of solar in 2023 to compensate for shortfalls in Russian gas. The EU could install as much as 68 GW of solar in 2023 if we ensure there are enough solar installers, and authorities streamline the administrative procedures to develop projects.
Belgium was the 11th largest solar market in the EU in 2022, installing 1 GW of solar, which is twice as much as Belgium installed in 2021.
Presently, Belgium has the 7th largest solar fleet in the EU – with 7.9 GW installed. Under Belgium’s National Energy and Climate Plan (required by the EU), the country’s average solar target is 8 GW for 2030. It is clear that market reality is outstripping national ambition. In a 100% renewable Europe by 2050, Belgium has the potential for up to 170 GW of total solar capacity.
Therefore PV panel waste management and recycling will be crucial in handling this new type of waste.
Thomas Garabetian, Research and Innovation Manager at SolarPower Europe adds,“Projects like RESiLEX are key to developing competitive PV technologies that capitalise on the excellent quality of European research and innovation, bringing more efficient and environmentally-friendly green technologies to the market."
Please get in touch if you would be interested in learning more or would like to visit the researchers in Ghent or Liège.
RESiLEX, funded by HorizonEurope and launched in June 2022, is committed to strengthening each component of the silicon value chain by demonstrating 8 industry-driven innovative technology solutions, ranging from a carbon-free process to produce silicon and the reuse of silicon from waste panels, to producing silicon-carbon composite anode material for lithium-ion batteries.
RESiLEX benefits from five Belgium-based partner organisations: Ghent University, the University of Liège, the Comet Group, Recma Group, and SolarPower Europe, who receive a total funding amount of 3,267,711 € for the duration of four years to support innovation action.
Questions et réponses ci-dessous en français
QUESTIONS ET RÉPONSES : Comment on transforme d'anciens panneaux solaires en batteries nouvelle génération en Belgique pour l'avenir de l'e-mobilité ?
1. Quels sont les principaux composants d'un panneau solaire ?
Les modules photovoltaïques (PV) sont des dispositifs capables de convertir la lumière du soleil en énergie électrique.
Les principaux matériaux composant un panneau solaire incluent le polysilicium, l'aluminium, le verre, ainsi que l'argent et le cuivre.
Le silicium est le matériau semi-conducteur grâce auquel s’opère la conversion de la lumière du soleil en énergie électrique. La majeure partie de la production de silicium provient des opérations d'extraction et de raffinage du minéral quartzite.
L'argent est également un matériau important pour les panneaux photovoltaïques. It s’agit de l’un des métaux les plus conducteurs d'électricité de la planète et a la conductivité thermique la plus élevée. Ainsi les contacts en argent sont préférés aux autres contacts métalliques dans l'industrie solaire pour faire circuler l’électricité au sein des cellules photovoltaïques.
Vous pouvez en savoir plus sur la chaîne d'approvisionnement solaire mondiale grâce à ce rapport récent de l'Agence internationale de l'énergie.
2. Comment les chercheurs belges soutiennent-ils l'industrialisation verte de l'Europe ?
Deux groups de recherche de l’Université de Liège (GREEnMat, GeMMe) collaborent pour repenser la chaîne de valeur du recyclage des panneaux solaires en Europe et pour explorer les avantages de l'utilisation du silicium recyclé, dans le développement de nouvelles technologies de batteries à plus haute densité d'énergie et à faible coût.
Liège possède un riche passé industriel, fortement ancré dans la métallurgie. La ville était un centre industriel clé de l'Europe au Moyen Âge et est devenue partie intégrante de la révolution industrielle au XIXe siècle lorsque l'ingénieur anglais William Cockerill y a construit une usine de moteurs.
Avec le projet RESiLEX, les chercheurs honorent le passé de la ville et proposent une réinvention moderne de la base économique de la ville.
Les chercheurs de GREEnMat utilisent du silicium recyclé provenant de modules solaires PV en fin de vie, pour produire des poudres composites silicium-carbone (Si/C) pour les batteries Li-ion. Les chercheurs de GeMMe sont principalement impliqués dans le processus de recyclage du silicium et de l'argent des panneaux solaires.
Recma Group assure la collecte des modules PV en fin de vie. Le groupe Comet est en charge du recyclage mécanique des modules PV envoyés par la Recma, afin de garantir un approvisionnement continu en silicium pur pour la production de composite silicium/carbone chez GREEnMat.
Des chercheurs de l'Université de Gand évaluent l'impact environnemental des nouvelles solutions de silicium. Ils étudient également le recyclage du silicium, et si cela réduit l'impact environnemental de l'exploitation minière et de la fabrication.
3. Comment les panneaux PV recyclés contribuent-ils à la mobilité électrique européenne ?
Des batteries à haut rendement, ayant une densité d'énergie élevée, sont l'une des clés pour débloquer la mobilité électrique en Europe.
RESiLEX contribue à accroître la compétitivité du secteur européen des batteries, en développant des cellules de batterie à haute densité d'énergie, à partir de silicium brut secondaire produit dans l'UE grâce au recyclage de panneaux photovoltaïques en fin de vie.
Les cellules de batterie à haute énergie permettent aux véhicules électriques de parcourir de plus longues distances avec une seule charge. Ils améliorent également les capacités de charge des batteries ce qui réduit considérablement le temps de recharge. De plus, ils améliorent également les performances des véhicules électriques en offrant une puissance de sortie plus élevée pour une accélération rapide et en maintenant des vitesses plus élevées.
Au-delà du secteur de l'e-mobilité, le potentiel de ces batteries est également très important pour le stockage d'énergie pour d'autres applications majeures telles que les énergies renouvelables décentralisées.
4. Pourquoi se soucier du recyclage des panneaux solaires?
Comparés à d'autres appareils électroniques comme les réfrigérateurs, les machines à laver ou les téléphones portables, les panneaux solaires ont une durée de vie relativement longue d'environ 30 ans. Cependant, les panneaux solaires installés au début des années 1990 et au début des années 2000, arrivent en fin de vie. Le monde installera également des milliers de gigawatts d'énergie solaire au cours de cette décennie (voir Q.6). Pour ces raisons, l'industrie solaire travaille désormais avec des chercheurs, afin de préparer une gestion responsable de la fin de vie des matériaux solaires, et prévenir une nouvelle crise du recyclage.
Le recyclage solaire est également une obligation légale dans l'UE, en vertu de la directive européenne sur les déchets d'équipements électriques et électroniques (DEEE). Avec cette directive, les panneaux solaires entrent dans une catégorie de déchets électroniques avec un objectif de récupération de 85 %, dont 80 % sont constitués de réutilisation et recyclage. Les panneaux solaires sont constitués de plusieurs matériaux précieux, tels que le silicium, l'aluminium et le cuivre, qui peuvent être extraits et réutilisés dans la production de nouveaux panneaux solaires.
5. Quels sont les bénéfices économiques du recyclage de panneaux solaires ?
Le volume de déchets des modules PV en fin de vie devrait croître de façon exponentielle dans les années à venir. Le recyclage des déchets de panneaux photovoltaïques deviendra un modèle commercial autonome, moteur de création d'emplois dans l'UE. Selon le rapport 2022 de SolarPower Europe sur les emplois solaires, les emplois de recyclage représentaient près de 14 000 emplois solaires sur 466 000 en 2021. Ce nombre devrait augmenter à long terme lorsque davantage de panneaux solaires installés arriveront en fin de vie.
Enfin, le recyclage des panneaux solaires stimulera la création d'emplois locaux et qualifiés pour l'Europe, à mesure que les flux de déchets augmentent. Des installations de traitement et de recyclage sont déjà en place.
6. Combien de panneaux solaires y-a-t ’il en Belgique et en Europe à ce jour ? Combien y en aura-t ’il dans le futur ?
L'énergie solaire est un outil clé pour soutenir la sécurité énergétique et les objectifs climatiques, et les panneaux solaires sont plus demandés que jamais. En 2022, l'UE27 a installé au moins 41 GW d'énergie solaire, soit une augmentation de 47 % par rapport à 2021.
L'Agence internationale de l'énergie indique que l'UE a besoin d’ajouter 60 GW de capacité solaire en 2023 pour compenser les pénuries de gaz russe. L'UE pourrait installer jusqu'à 68 GW d'énergie solaire en 2023 si nous veillons à ce qu'il y ait suffisamment d'installateurs solaires et si les autorités adaptent les procédures administratives pour accélérer le développement de projet.
La Belgique était le 11e plus grand marché solaire de l'UE en 2022, installant 1 GW d'énergie solaire, soit deux fois plus que la Belgique installée en 2021.
Actuellement, la Belgique possède le 7ème plus grand parc solaire de l'UE - avec 7,9 GW installés. Dans le cadre du Plan national énergie et climat de la Belgique (exigé par l'UE), l'objectif solaire moyen du pays est de 8 GW pour 2030. Il est clair que la réalité du marché dépasse l'ambition nationale. Dans une Europe 100 % renouvelable d'ici 2050, la Belgique dispose d'un potentiel pouvant atteindre 170 GW de capacité solaire totale.
Par conséquent, la gestion et le recyclage des déchets de panneaux photovoltaïques seront cruciaux dans le traitement de ce nouveau type de déchets.
Thomas Garabetian, responsable de la recherche et de l'innovation chez SolarPower Europe, ajoute : « Des projets comme RESiLEX sont essentiels pour développer des technologies photovoltaïques compétitives qui capitalisent sur l'excellente qualité de la recherche et de l'innovation européennes, apportant sur le marché des technologies vertes plus efficaces et plus respectueuses de l'environnement ».
N'hésitez pas à nous contacter si vous souhaitez en savoir plus ou si vous souhaitez rendre visite aux chercheurs à Gand ou à Liège.
RESiLEX, est financé par HorizonEurope et a été lancé en juin 2022. Le projet s'engage à renforcer chaque composante de la chaîne de valeur du silicium en démontrant 8 solutions technologiques innovantes axées sur l'industrie, allant d'un processus sans carbone pour produire du silicium et la réutilisation du silicium à partir de déchets de panneaux , à la production d'un matériau d'anode composite silicium-carbone pour batteries lithium-ion.
RESiLEX bénéficie à cinq organisations partenaires basées en Belgique : l'Université de Gand, l'Université de Liège, le Comet Group, Recma Group et SolarPower Europe, qui reçoivent un financement total de 3.267.711 € pour une durée de quatre ans pour soutenir l'action d'innovation.
Vraag en antwoord hieronder in het vlaams
Q&A: Hoe transformeert België oude zonnepanelen in hoogtechnologische batterijen, voor de toekomst van e-mobiliteit?
1. Wat zijn de belangrijkste onderdelen van een zonnepaneel?
Fotovoltaïsche (PV) modules zijn apparaten die zonlicht kunnen omzetten in elektriciteit zonder enige andere energiebron.
De belangrijkste componenten van een typisch zonnepaneel zijn polysilicium, aluminium, glas, maar ook zilver en koper.
Silicium is het halfgeleidende materiaal dat verantwoordelijk is voor de omzetting van zonlicht in elektrische energie. De meeste siliciumproductie komt voort uit mijnbouw- en raffinageactiviteiten van het mineraal kwartsiet.
Zilver is ook een belangrijk bestanddeel van een PV-paneel. Omdat zilver het meest elektriciteitsgeleidende metaal ter wereld is en het hoogste warmtegeleidingsvermogen heeft, hebben zilveren contacten de voorkeur boven andere metalen contacten in de zonne-industrie.
U kunt meer lezen over de wereldwijde toeleveringsketen voor zonne-energie in dit recente rapport van het International Energy Agency.
2. Hoe ondersteunen onderzoekers in België de groene industrialisering van Europa?
Twee onderzoeksgroepen van de Universiteit van Luik (GREEnMat, GeMMe) heroverwegen samen de huidige recyclingwaardeketen van zonnepanelen in Europa. Dit doen ze door onder meer de voordelen van het gebruik van gerecycleerd silicium te onderzoeken. De nieuwe technologieën die hieruit voortstromen hebben het potentieel om batterijen goedkoper te maken en hun energiedichtheid te verhogen.
Luik kan trots zijn op haar rijk industrieel verleden dat sterk verankerd is in de metaalbewerking. De stad was tijdens de middeleeuwen een belangrijk industrieel centrum van Europa en werd een integraal onderdeel van de industriële revolutie in de 19e eeuw toen de Britse ingenieur William Cockerill er een motorenfabriek bouwde.
Met het RESiLEX-project eren de onderzoekers het verleden en hervinden ze samen, op een moderne manier, de economische basis van de stad.
De GREEnMat onderzoekers gebruiken gerecycleerd silicium van PV-zonnemodules aan het einde van hun levensduur om silicium-koolstof (Si/C) composietpoeders voor Li-ion-batterijen te produceren. De GeMMe onderzoekers zijn daarentegen vooral betrokken bij het recyclageproces van silicium en zilver uit zonnepanelen.
Recma Group houdt toezicht op de inzameling van afgedankte PV-modules. De Comet Group is verantwoordelijk voor de mechanische recycling van de door Recma verzonden PV-modules, om een continue aanvoer van zuiver silicium te garanderen voor de productie van silicium/koolstofcomposiet door GREENMat.
Onderzoekers aan de UGent beoordelen de milieu-impact van nieuwe siliciumoplossingen. Ze onderzoeken of de recyclage van silicium de milieu-impact van mijnbouw en productie kan verminderen.
3. Hoe dragen gerecyclede PV-panelen bij aan e-mobiliteit in Europa?
Zeer efficiënte batterijen met een hogere energiedichtheid zijn een van de sleutels tot de ontwikkeling van elektrische transport in Europa.
RESiLEX draagt bij aan het vergroten van het concurrentievermogen van de Europese batterijsector door de ontwikkeling van batterijcellen met een hoge energiedichtheid, op basis van gerecupereerd silicium dat in de EU wordt geproduceerd via de recyclage van afgedankte PV-panelen.
Dankzij energierijke batterijcellen kunnen elektrische voertuigen langere afstanden afleggen op één lading. Ze verbeteren ook het oplaadvermogen van batterijen, waardoor de oplaadtijd aanzienlijk wordt verkort. Bovendien verbeteren ze ook de prestatie van het voertuig door een hoger vermogen te bieden wat zorgt voor snellere acceleratie en het makkelijker behouden van hogere snelheden.
Daarnaast spelen batterijen buiten de e-mobiliteitssector ook een belangrijke rol. Ze dragen onder meer bij aan de lokale opslag van hernieuwbare energie.
4. Waarom zouden we ons zorgen maken over het recycleren van zonnepanelen?
In vergelijking met andere elektronica zoals koelkasten, wasmachines of mobiele telefoons hebben zonnepanelen een relatief lange levensduur van zo'n 30 jaar. Zonnepanelen die begin jaren negentig en begin jaren 2000 zijn geïnstalleerd, naderen echter het einde van hun levensduur. De wereld zal binnen dit decennium ook duizenden gigawatt aan zonne-energie installeren (zie vraag 6). Om deze redenen werkt de zonne-energie-industrie nu samen met onderzoekers om zich voor te bereiden op een verantwoord beheer van het einde van de levensduur van zonnematerialen en om een nieuwe recyclage-crisis te voorkomen.
Recyclage van zonne-energie is ook een wettelijke vereiste in de EU, onder de EU-richtlijn betreffende afval van elektrische en elektronische apparatuur (WEEE). Met deze richtlijn vallen zonnepanelen in de categorie elektronisch afval met een doelstelling van 85% recuperatie, waarvan 80% valt onder hergebruik en recyclage. Zonnepanelen zijn gemaakt van verschillende waardevolle materialen, zoals silicium, aluminium en koper, die ontgonnen kunnen worden om ze te hergebruiken bij de productie van nieuwe zonnepanelen.
5. Wat zijn de economische voordelen van het recycleren van zonnepanelen?
Het afvalvolume van afgedankte PV-modules zal naar verwachting de komende jaren exponentieel groeien. Het recycleren van afvalmaterialen van PV-panelen zal een op bedrijfsmodel op zich worden. Deze nieuwe industrie zal de werkgelegenheid in de EU stimuleren. SolarPower Europe’s 2022 Solar Jobs report toont aan dat jobs binnen recyclage bijna 14.000 van de 466.000 “zonne-jobs” representeerde in 2021. Dit aantal zou op de lange termijn moeten toenemen wanneer meer geïnstalleerde zonnepanelen het einde van hun levensduur bereiken.
Ten slotte zal het recycleren van zonnepanelen zorgen voor lokale en kwalitatieve jobcreatie voor Europa, aangezien de afvalstromen toenemen. De verwerkings- en recyclage-infrastructuur is reeds gebouwd.
6. Hoeveel zonnepanelen hebben België en Europa nu, en hoeveel zullen ze er in de toekomst hebben?
Zonne-energie is een belangrijk instrument om de energiebevoorradingszekerheid en de klimaatdoelstellingen te ondersteunen. Momenteel is er meer vraag dan ooit naar zonnepanelen. In 2022 installeerde de EU27 ten minste 41 GW aan zonne-energie, een stijging van 47% ten opzichte van 2021
Het Internationaal Energieagentschap zegt dat de EU in 2023 60 GW aan zonne-energie nodig heeft om de tekorten aan Russisch gas op te vangen. De EU zou in 2023 maar liefst 68 GW aan zonne-energie kunnen installeren als we ervoor zorgen dat er voldoende installateurs van zonne-energie zijn en de autoriteiten de administratieve procedures voor het ontwikkelen van zonne-projecten verbeteren.
België was in 2022 de 11e grootste markt voor zonne-energie in de EU en installeerde 1 GW aan zonne-energie, wat twee keer zoveel is als in België in 2021.
Momenteel heeft België de 7de grootste zonnevloot in de EU – met 7,9 GW geïnstalleerd. Volgens het nationale energie- en klimaatplan van België (verplicht door de EU) is de gemiddelde doelstelling voor zonne-energie 8 GW voor 2030. Het is ondertussen duidelijk dat in de realiteit, de markt de nationale ambitie overtreft. In een Europa met 100% hernieuwbare-energie tegen 2050 heeft België het potentieel om tot 170 GW aan totale zonnecapaciteit te bezitten.
Daarom zullen afvalbeheer en recyclage van PV-panelen cruciaal zijn bij de verwerking van dit nieuwe type afval.
Thomas Garabetian, Research and Innovation Manager bij SolarPower Europe voegt hieraan toe: "Projecten zoals RESiLEX zijn essentieel voor de ontwikkeling van competitieve PV-technologieën die kunnen profiteren van de uitstekende kwaliteit van Europees onderzoek en innovatie, waardoor efficiëntere en milieuvriendelijkere groene technologieën op de markt worden gebracht."
Neem contact op als u meer wilt weten of de onderzoekers in Gent of Luik wilt bezoeken.
RESiLEX, gefinancierd door HorizonEurope en gelanceerd in juni 2022, zet zich in voor het versterken van elk onderdeel van de siliciumwaardeketen door middel van 8, industrie-aangedreven, innovatieve technologieën. Deze technologieën bevatten onder meer een koolstofvrij productieproces voor silicium, het hergebruiken van silicium uit afvalpanelen en de productie van anodemateriaal van silicium-koolstofcomposiet voor lithium-ionbatterijen.
RESiLEX profiteert van vijf in België gevestigde partnerorganisaties: de Universiteit Gent, de Universiteit van Luik, de Comet Group, Recma Group en SolarPower Europe, die een totaal financieringsbedrag van € 3.267.711 ontvangen over vier jaar om de innovatie te ondersteunen.
Questions? Get in touch.
Thérèse O Donoghue
Press and Communications Advisor
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