Wykorzystanie zużytych paneli fotowoltaicznych do syntezy sorbentów wychwytujących gazowe formy rtęci emitowane z konwencjonalnych źródeł energii

• Autorzy: Czarna-Juszkiewicz Dorota , Kunecki Piotr , Wdowin Magdalena , Głowienko Tomasz , Osuchowski Łukasz , Lelek Łukasz

Identyfikatory

DOI

10.33223/ZN/2025/03

Warianty tytułu

EN

Utilization of end-of-life photovoltaic panels to synthesize sorbents capable of capturing gaseous forms of mercury emitted from conventional energy sources

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy poruszono dwa istotne problemy środowiskowe związane z sektorem odnawialnych źródeł energii oraz energetyką konwencjonalną: rosnącą ilość odpadów pochodzących ze zużytych paneli fotowoltaicznych oraz emisję rtęci elementarnej przez źródła konwencjonalne. Zużyte panele fotowoltaiczne zawierają szkodliwe związki (m.in. metale ciężkie: miedź, kadm, ołów, polimery), a ich składowanie stanowi zagrożenie dla środowiska, zatem konieczne jest opracowanie skutecznych metod recyklingu tych odpadów. Z kolei rtęć stanowi trwały i toksyczny pierwiastek, wykazujący zdolność do biomagnifikacji i bioakumulacji, co czyni go szczególnie niebezpiecznym. Antropogeniczna emisja rtęci pochodzi głównie z przemysłu energetycznego i jest regulowana między innymi przez dyrektywę IED (BREF/BAT). Przeprowadzone badania wykazały, że produkt po termolizie paneli fotowoltaicznych może być wykorzystany do syntezy zeolitów, które następnie oceniono pod kątem skuteczności usuwania rtęci elementarnej. Materiał otrzymano w reakcji hydrotermalnej, a analiza XRD wykazała obecność zeolitów typu A i Na-P1. Wykorzystując metodę wymiany jonowej, aby poprawić ich zdolność do wiązania rtęci, zeolity zmodyfikowano jonami srebra. Uzyskane sorbenty poddano testom sorpcji rtęci przy użyciu prototypowej instalacji SBPR-1. Próbki wykazały znaczną stabilność wiązania rtęci, co potwierdziły testy desorpcji, która w zależności od badanej próbki była na poziomie 11–35%.

EN

The study addresses two significant environmental issues in the renewable energy sector (RES) and conventional energy: the growing volume of waste from end-of-life photovoltaic panels and the emission of elemental mercury from conventional fossil fuel combustion processes. Photovoltaic panels contain hazardous compounds (e.g., heavy metals such as copper, cadmium, and lead, as well as polymers), and their landfilling poses a threat to the environment. Mercury, in contrast, is a highly persistent and toxic element characterized by its propensity for biomagnification and bioaccumulation, rendering it exceptionally hazardous. Anthropogenic mercury emissions mainly originate from the energy sector and are regulated, among others, by the IED Directive (BREF/BAT). The conducted studies demonstrated that the by-product from the thermolysis of photovoltaic panels can be utilized for the synthesis of zeolites, which were subsequently evaluated for their effectiveness in removing elemental mercury. The material was obtained thorough a hydrothermal reaction, and XRD analysis confirmed the presence of A-type and NaP1 zeolites. Using ion exchange methods, the materials were modified with silver ions to enhance their mercury-binding capacity. The obtained sorbents were subjected to mercury sorption tests using the prototype SBPR-1 installation, demonstrating significant mercury-binding stability, as confirmed by desorption tests, which, depending on the sample tested, was at the level of 11–35%.

Słowa kluczowe

PL

panele fotowoltaiczne; zeolity; rtęć elementarna; sorpcja

EN

photovoltaic panels; zeolites; mercury; sorption; elemental mercury

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 113
• Strony: 35--44
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Czarna-Juszkiewicz Dorota

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

• https://orcid.org/0000-0003-4251-4504

autor

Kunecki Piotr

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

• https://orcid.org/0000-0002-9890-4635

autor

Wdowin Magdalena

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

• https://orcid.org/0000-0002-5097-719X

autor

Głowienko Tomasz

• Geminus Sp. z o.o., Warszawa

autor

Osuchowski Łukasz

• Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego, Warszawa

• https://orcid.org/0000-0002-8483-8841

autor

Lelek Łukasz

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

• https://orcid.org/0000-0002-3414-5123

Bibliografia

• [1] Divya i in. 2013 – Divya, A., Adish, T., Kaustubh, P. i Zade, P.S. 2023 – Review on recycling of solar modules/panels. Solar Energy Materials and Solar Cells 253, DOI: 10.1016/j.solmat.2022.112151.
• [2] Domínguez, A. i Geyer, R. 2019 – Photovoltaic waste assessment of major photovoltaic installations in the United States of America. Renewable Energy 133, s. 1188–1200, DOI: 10.1016/j.renene.2018.08.063.
• [3] EUROPEAN PARLIAMENT AND THE COUNCIL, 2008. DIRECTIVE 2008/50/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 21 May 2008 on ambient air quality and cleaner air for Europe.
• [4] Gildernew i in. 2022 – Gildernew, E., Tareq, S. i Yang, S. 2022 – Three-Dimensional Graphene with Preserved Channeling as a Binder Additive for Zeolite 13X for Enhanced Thermal Conductivity, Vapor Transport, and Vapor Adsorption Loading Kinetics. Catalysts 12(3), DOI: 10.3390/catal12030292.
• [5] Kunecki, P. i Wdowin, M. 2024 – Innovative Method of Zeolite Modification for Increase Mercury Sorption From Simulated Gas Stream. [In:] Trofymchuk, O., Rivza, B. (Eds.), International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM, s. 371–378, DOI: 10.5593/sgem2024/5.1/s20.47.
• [6] Kunecki i in. 2023 – Kunecki, P., Wdowin, M. i Hanc, E. 2023 – Fly ash-derived zeolites and their sorption abilities in relation to elemental mercury in a simulated gas stream. Journal of Cleaner Production 391, DOI: 10.1016/j.jclepro.2023.136181.
• [7] Lin i in. 2022 – Lin, Y.-W., Lee, W.-H. i Lin, K.-L. 2022. A novel approach for preparing ecological zeolite material from solar panel waste lass and sandblasting waste: microscopic characteristics and humidity control performance. Journal of Materials Research and Technology 19, s. 4128–4140, DOI: 10.1016/j.jmrt.2022.06.153.
• [8] Rabaia i in. 2024 – Rabaia, M.K.H., Shehata, N., Olabi, V., Abdelkareem, M.A., Semeraro, C., Chae, K.-J. i Sayed, E.T. 2024 – Enabling the circular economy of solar PV through the 10Rs of sustainability: Critical review, conceptualization, barriers, and role in achieving SDGs. Sustainable Horizons 11, DOI: 10.1016/j.horiz.2024.100106.
• [9] Tora i in. 2022 – Tora, M., Karbowniczek, M i Tora, B. 2022 – Fotowoltaika w Polsce. Stan aktualny i perspektywy. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN 1(110), s. 111–118, DOI: 10.24425/140530.
• [10] Visa, M. i Enesca, A. 2022 – Opportunities for Recycling PV Glass and Coal Fly Ash into Zeolite Materials Used for Removal of Heavy Metals (Cd, Cu, Pb) from Wastewater. Materials 16(1), DOI: 10.3390/ma16010239.
• [11] Włodarczyk, R. 2022 – Analysis of the Photovoltaic Waste-Recycling Process in Polish Conditions – A Short Review. Sustainability 14(8), DOI: 10.3390/su14084739.
• [12] Zhang i in. 2016 – Zhang, L., Wang, S., Wu, Q., Wang, F., Lin, C.J., Zhang, L., Hui, M., Yang, M., Su, H. i Hao, J. 2016. Mercury transformation and speciation in flue gases from anthropogenic emission sources: A critical review. Atmospheric Chemistry and Physics 16, s. 2417–2433, DOI: 10.5194/acp-16-2417-2016.

Uwagi

Wydano jako monografię pt.: Zagadnienia surowców energetycznych i energii w gospodarce krajowej : nowe strategie i inwestycje na rynku paliw i energii w kraju i UE / red. tomu: Katarzyna Stala-Szlugaj, Zbigniew Grudziński ; Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).