Il fotovoltaico cresce a ritmi record: nel 2023 sono stati installati oltre 400 GW a livello globale (capacità cumulata circa 1.600 GW), con previsioni fino a 4.500 GW al 2050. Questo successo apre però una nuova sfida: cosa fare dei moduli a fine vita. Entro il 2030 i rifiuti FV potrebbero raggiungere 8 milioni di tonnellate e cumulare 80 milioni di tonnellate al 2050. Oltre all’impatto ambientale della discarica (piombo, argento e altre sostanze pericolose), c’è un’opportunità economica e industriale: un “nuovo giacimento” urbano di silicio, argento, rame, alluminio e vetro.
Perché il riciclo conviene
- Valore materiale: ogni tonnellata di moduli contiene in media ≈137 kg di alluminio, 30 kg di silicio ad alta purezza, 7 kg di rame e 300 g di argento. È paragonabile, per contenuto, a molte miniere oggi in attività (rame ≈7 kg/ton, argento ≈300 g/ton nei solfuri di rame).
- Emissioni e energia: gran parte dell’impronta climatica dei moduli deriva dalla produzione del silicio di alta purezza (fino a metà dell’energia incorporata). Recuperarlo riduce notevolmente energia e CO2 rispetto a produrlo da vergine.
- Sicurezza ambientale: moduli rotti in discarica possono rilasciare metalli (es. >30 mg/L di piombo in test di lisciviazione annuali), con rischi per suolo e acque.
Cosa c’è in un modulo in silicio
- Vetro frontale temprato (≈70% in peso)
- Telaio in alluminio (≈14%)
- Celle in silicio (≈4%): wafer con contatti in argento, alluminio, rame/stagno-piombo
- Polimeri: incapsulante EVA e backsheet (spesso fluorurato)
- Scatola di giunzione e cavi
Le tre fasi del riciclo
- Disassemblaggio
- Rimozione di telaio, scatola di giunzione e cavi (il rame si recupera facilmente). Il telaio Al ha un mercato consolidato e genera cassa.
- Delaminazione (separare vetro, celle e polimeri)
- Meccanica: frantumazione e separazioni fisiche (elettrostatica, densimetrica, ottica). Pro: alta produttività e costi contenuti. Contro: qualità dei materiali spesso “downcycled” (vetro a basso valore) e cross-contaminazioni.
- Termica: pirolisi/ossidazione a 450–500 °C per decomporre l’EVA. Pro: rapida, libera celle e vetro. Contro: energia, gestione emissioni (HF da backsheet fluorurati), perdita dei polimeri.
- Chimica: solventi che gonfiano/sciolgono l’EVA (toluene, tricloroetilene; alternative bio-based come d‑limonene anche con ultrasuoni). Pro: separazioni selettive a più basso impatto termico. Contro: tempi, sicurezza e gestione solventi, sensibilità al grado di reticolazione dell’EVA.
- Selezione/ordinamento: vibrovagli (classi granulometriche), separazioni per densità (es. fluidizzazione in acqua), ottiche e soprattutto elettrostatiche (buone per concentrare i metalli; es. fino a ≈88% per l’argento in condizioni ottimali).
- Estrazione dei metalli e del silicio
- Idrometallurgia (approccio tradizionale): sequenze di lisciviazione selettiva (KOH/NaOH per Al, HNO3 per Ag/Cu/Pb), talvolta HF per antiriflesso e giunzione (efficace ma pericolosa e “mangia” silicio). Può seguire uno step pirometallurgico (scorie CaO–CaF2–SiO2) per spingere la purezza del Si.
- Elettrochimica (approccio emergente):
- Elettroestrazione (elettrowinning) dai lixiviati: grazie ai potenziali standard, è possibile depositare selettivamente prima l’argento, poi il rame, quindi piombo e (in condizioni particolari) alluminio, controllando il voltaggio. Risultati di laboratorio mostrano argento e rame recuperati con purezze ≈99% e buone efficienze, a patto di un controllo fine della tensione per evitare co-deposizioni.
- Lisciviazione assistita elettrochimicamente: uso di anodi in diamante drogato (BDD) per generare perossidisolfato in H2SO4, accelerando lo scioglimento dei metalli e consentendo un ciclo chiuso dell’elettrolita. Quasi 100% di rame recuperato in 2 ore; argento efficiente anche in presenza dell’ossidante; stagno più complesso (tende a ossidarsi a Sn(IV) e precipitare).
- Dissoluzione anodica diretta: cella intera come anodo, catodo in argento; corrente bassa per evitare dendriti e ridissoluzione.
Oltre il metallo: come “upgradare” il silicio recuperato
Il collo di bottiglia della circolarità è riportare il silicio verso qualità solare senza i costi/impatti del processo Siemens (fino a ≈160 kWh/kg).
- Elettro‑raffinazione ad alta temperatura (sali fusi): il silicio “sporco” si ossida all’anodo e si riduce al catodo, lasciando gli impurificanti nel bagno. Diverse configurazioni:
- Anodo solido/catodo solido in CaCl2–NaCl–CaO: limitate da passivazione anodica (silice).
- Anodo lega liquida Si–Cu: evita passivazione e trattiene elementi “nobili” (B, P) nell’anodo; energia stimata ≈9–12 kWh/kg. Criticità: co‑deposizione di rame, bassa resa per distacco del deposito.
- Anodo Si–Cu liquido e catodo in alluminio liquido (criolite): buona rimozione di Fe, Ti, Ni, Mn; boron ancora sfidante; attenzione alle contaminazioni introdotte dai materiali di cella.
- Purificazione dell’elettrolita: cicli multi‑potenziale consentono di rigenerare il bagno salino e riutilizzarlo, ma resta da chiarire la gestione del boro (impurità chiave per il silicio solare).
Un possibile “processo elettrochimico” integrato
- Disassemblaggio (Al, rame, componenti elettrici) → riciclo diretto
- Delaminazione meccanica/termica/chimica ottimizzata per liberare celle e vetro con bassa contaminazione
- Lisciviazione “morbida” dei metalli delle celle → elettroestrazione sequenziale (Ag, Cu, Pb/Al) nello stesso elettrolita
- Recupero del silicio → elettro‑raffinazione in sali fusi per salire di grado, puntando a sostituire step HF e ridurre energia rispetto al Siemens
- Chiusura dei cicli di solventi/sali, trattamento emissioni e integrazione fra unità (qualità in uscita di una fase = specifica d’ingresso della successiva)
Dove siamo oggi e cosa manca
- Politiche: l’UE ha incluso i moduli nella Direttiva RAEE (WEEE) con obiettivi elevati e responsabilità del produttore; altrove esistono norme frammentarie (USA: iniziative statali; Australia: schema proposto a contributo di mercato).
- Industria: oltre 50 operatori globali; in Europa esistono linee pilota e impianti in crescita, ma i processi “completi” per materiali ad alta purezza sono ancora in sviluppo.
- Gap tecnologici: delaminazione industriale pulita e poco energivora; integrazione tra delaminazione e chimica/elettrochimica; materiali/elettrodi per elettrometallurgia robusti e a basso costo; gestione del boro nell’elettro‑raffinazione; scale‑up e bilanciamento impiantistico.
Messaggio chiave
I moduli in silicio a fine vita non sono un problema da spostare in discarica, ma una filiera di materiali strategici. Le tecnologie elettrochimiche mostrano un potenziale concreto per:
- elettrificare l’estrazione dei metalli preziosi riducendo reagenti e reflui;
- “upgradare” il silicio recuperato con consumi energetici inferiori rispetto alle vie tradizionali;
- avvicinare il fotovoltaico a una vera economia circolare.
Riferimento
Articolo di riferimento: Lee, J.; Duffy, N.; Allen, J. “A Review of End‑of‑Life Silicon Solar Photovoltaic Modules and the Potential for Electrochemical Recycling”, Advanced Energy and Sustainability Research, 2025, 6, 2400254. Open access CC BY 4.0.
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