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风电光伏也会产生固废?如何处置新兴固废?

日期:2021-08-20    来源:中国环境报

国际节能环保网

2021
08/20
18:44
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关键词: 废弃光伏组件 动力电池 废弃风机叶片 新兴固废

“双替代”(即电力生产清洁能源替代、交通运输电力替代)是实现碳达峰碳中和目标的关键领域。

据有关机构估算,为实现2060年碳中和目标,风电、光伏等新能源装机量需增加12倍,电动汽车累积销量需增加22倍,上述行业合计将贡献56%以上的碳减排(48.6亿吨),但同时也将带来巨量的废弃光伏组件废弃风机叶片等新兴固体废物(以下简称新兴固废)。

根据全球能源互联网发展合作组织发布的《中国2060年前碳中和研究报告》测算,2035年我国光伏和风电装机量分别达到15亿千瓦和11亿千瓦,新能源汽车数量达到1.6亿辆。与此同时,每年退役的光伏和风电装机量将达到1.1亿千瓦/年和0.7亿千瓦/年,退役新能源汽车电池达到270万块/年,对应产生报废光伏组件、废弃风机叶片以及动力电池分别约105万吨、100万吨和300万吨。

制图/刘伟龙

这些新兴固废兼具资源和环境危害双重禀赋,利用不好或处置不当,不仅会造成战略资源浪费、影响行业可持续发展,也会对生态环境造成威胁。因此,建议科学评估新兴固废产生情况,未雨绸缪提前规划和布局新兴行业发展方向和配套固废利用处置设施能力建设,建立相应的技术标准体系,提升新兴产业固体废物利用处置设施能力等,为实现“减污降碳”提供保障。

清洁能源“风光“无限。图为浙江省湖州市长兴县某风力发电厂,数十台风力发电机矗立在茶山之巅。人民图片网供图

新兴固废隐蔽性强容易忽略

回收利用潜力明显,非正规利用处置风险大

新兴固废是相关行业的设施或设备长期运行后,性能退化,达到使用寿命后报废产生的,如光伏设备长期运行后(25年左右)发电效能下降而废弃的光电池(又称光伏组件)、新能源汽车行驶一定年限后(5年-7年)续航能力下降而退役的蓄电池。另外,风力发电的风机叶片,使用一定期限后(20年)也会废弃。

新兴固废通常在设施或设备退役后产生,滞后于项目建设和运行期,因此具有隐蔽性,容易被忽略。另一方面,其产生量随着新兴行业发展呈现爆发式增加。

新兴固废物质组成与相应产品相同,因而含多种有价金属,资源回收价值极高。以光伏行业为例,晶体硅光伏组件中玻璃、铝和半导体材料比重可达92%,另外还含1%左右的银等贵金属。若能全量回收,到2030年,可从废弃光伏组件中得到145万吨碳钢、110万吨玻璃、54万吨塑料、26万吨铝、17万吨铜、5万吨硅和550吨银。而薄膜光伏组件中含有的碲、铟、镓等稀贵金属,主要依赖国外进口,因此其高效回收利用不仅具有巨大的经济效益,同时有利于减少相关资源的进口依赖,防范原材料供给风险,对保障国家资源安全具有重要战略意义。

另外,新兴固废的原材料生产通常耗能较大,材料回收或者直接梯级利用可以有效地减少生产过程的能耗,碳减排效益明显。据有关机构预测,通过实施新能源汽车电池的梯级利用,未来10年可减少超过6334万吨碳排放,等于1/3中国森林的碳汇量。与此类似,对于晶体硅而言,其生产过程的能源消耗和碳排放非常大;反之,从废弃光伏组件中回收则小得多,因此通过回收而不是再生产获得晶体硅材料将显著减少碳排放。

大部分新兴固废均含有重金属等有毒有害组分,如晶体硅电池中含铅,碲化镉和铜铟镓硒等薄膜电池含镉,新能源汽车和电化学储能行业广泛使用的锂电池含镍、六氟磷酸锂等有毒有害物质。另外,新能源汽车及分布式光伏等行业固废产生源分散,规范收集难度大,流入非正规渠道将造成严重的水、气和土壤污染,危害生态环境安全和人民群众身体健康。

未纳入行业整体规划

高效循环再生技术缺失,集中处置能力存短板

目前,相关行业产业未将固体废物处理处置纳入行业产业整体规划,存在由于末端固废处置能力受限,反向制约行业可持续发展的风险。同时,行业碳排放核算未考虑废弃退役产品处置的碳排放,存在低估行业碳排放,最终影响碳达峰碳中和目标实现的风险。此外,监管机制体制不健全,存在非法收集处置的环境污染风险。

从循环利用技术角度来说,新兴固废中有价元素分散,含量低,且以合金等复杂形态存在,加之前端设计和生产缺乏可回收性的考虑,增加了有价元素回收的技术难度。如光伏电池中稀有金属(银、铟、镓等)占比通常不足1%,但与玻璃等成分紧密结合,高效分离难度极大;与此类似,风机叶片通常采用双相玻璃钢结构,其中的纤维成分也难以有效分离。

另外,由于现状产生量少,企业和市场对新兴固废缺乏足够重视,技术研发投入少,再生利用技术储备严重不足,导致动力蓄电池生态设计和梯次利用、有价金属高效提取等关键共性技术严重缺失。随着新技术新产品的不断出现,新兴固废的类型和利用处置特性将更趋复杂,高效利用技术缺失的短板问题更为明显。

对于低利用价值或无利用价值,以及当前技术水平下无法资源化利用的废物,无害化处置(填埋、焚烧等)是托底保障手段。

目前来看,新兴固废的处置保障存在以下短板:一是总体保障能力偏紧。生态环境部自2019年以来发布系列文件,指导各地评估固废危废产生与处置能力匹配情况,制定实施处置能力建设规划,提升集中处置保障能力,取得明显成效。但新兴固废由于现状产生强度较低,各地在规划制定过程未予充分考虑,随着其未来产生强度快速增加,总体处置能力不足的短板将日益凸显。二是在具体项目层面,在开展风电、光伏等建设项目的可行性研究和环境影响评价阶段,企业通常忽略新兴固废的产生,对其利用处置去向缺乏论证,导致固废产生后缺乏合理处置去向。另外,新兴固废的产生区域和利用处置能力区域分布不均衡,产生量大的西北、西南地区利用处置能力低,使得新兴固废处置短板问题更为突出。

如何完善顶层设计?

多管齐下突破技术瓶颈,补齐基础处置能力短板

对此,建议:一是将固体废物处理处置纳入相关行业产业发展规划,与主体项目统一规划、设计、建设,保障新兴固废产生及时、安全处置;同时,综合考虑银、铟、镓、镉、碲等战略资源储备、市场供给风险、以及资源再生利用能力,合理规划行业和技术发展方向,降低战略资源依存度,减少资源不足导致的风险。二是开展行业全生命周期碳排放核算,将末端固废处置的碳排放纳入计算,通过全链条减污降碳协同优化,切实减少行业全寿命碳排放。三是借鉴《废铅蓄电池污染防治行动方案》实施经验,在光伏和风力发电等其他领域推广生产者责任延伸制度,明确设计、生产、销售、使用、报废、回收、利用等产业链上下游各环节相关企业的相应责任,构建闭环管理体系;健全相关管理规范,明确回收利用处置资质要求,同时建立收集、贮存、运输和利用处置过程技术和污染控制国家标准。

在针对高效利用难的问题,多管齐下突破技术瓶颈。一是加强生态设计,从资源可回收性角度进行设计和制造,降低回收过程技术难度;二是加强关键技术攻关,如加快推动退役电池梯次利用、有价金属高效提取等技术与装备研发;三是推广应用回收率高、二次污染少的利用处置技术。

在补齐基础处置能力短板方面,建议各地根据相关行业发展情况,加强新兴固废产生量预测,科学评估新兴固废产生与现有处置能力匹配情况等。

(作者单位:中国环境科学研究院)

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