Kennisartikelen

Grootschalige wind en zon zijn zichtbare vormen van duurzame energie die een grote impact hebben op de leefomgeving en waarvoor ruimte moet worden gemaakt. Het is dus logisch dat deze vormen van duurzame energie de aandacht trekken en veel vragen oproepen. In onze artikelenreeks over veel gestelde vragen rondom energietransitie proberen we in dit artikel vragen te beantwoorden rondom de duurzaamheid van zonnepanelen.

Hoe duurzaam en circulair zijn zonnepanelen?

Ondanks het feit dat zonnepanelen duurzame energie opwekken, komen bij de productie, transport, installatie, exploitatie en ontmanteling van zonnepanelen wel broeikasgassen vrij. Daarnaast kan er milieuschade optreden bij de winning en verwerking van (schaarse) grondstoffen. De zogenaamde “Life-Cycle-Analysis” (LCA) methode wordt gebruikt om alle mogelijke milieueffecten van een product gedurende de gehele levenscyclus in kaart te brengen, vanaf de winning van grondstoffen tot het einde van de levensduur.

Twee recente LCA studies uit 2021 in opdracht van het Duitse Milieuagentschap (Umweltbundesambt), zie referentie [1] en de Economische Commissie van de Verenigde Naties voor Europa (UNECE), zie referentie [2], hebben de levenscyclusanalyses van wind- en zonne-energie onderzocht op basis van de huidige technologische stand van zaken. In het algemeen blijkt uit deze studies dat het soort zonnepaneel, de productielocatie, de hoeveelheid zon, de energiemix van het betreffende land en geldende regelgeving t.a.v. hergebruik en recycling bepalend zijn voor de totale milieueffecten.

Hoeveel broeikasgassen komen vrij door zonnepanelen?

In de onderstaande tabel is voor beide studies het aardopwarmingspotentieel (global warming potential – GWP) gegeven voor een compleet zon-PV systeem. Het is duidelijk dat de broeikasgasuitstoot voor energie uit zon niet nul is, maar wel minimaal ten opzichte van fossiele energie. In de Duitse studie is ook een scenario bekeken waarbij zonnepanelen in Europa zouden worden gemaakt in plaats van in China, zie de schuingedrukte waarden tussen haakjes in de tabel. Te zien is dat minder (zee)transport leidt tot lagere uitstootkentallen. Ook is te zien dat zonnepanelen op basis van dunne film technologie tot minder uitstoot leiden, vanwege het verminderde materiaalverbruik en de eenvoudigere recyclingmogelijkheden t.o.v. conventionele PV-panelen.

Wat is de energetische terugverdientijd van zonnepanelen?

Een veelgehoorde veronderstelling over zonne-energie is dat de energiebehoefte om een compleet zon-PV systeem te maken en installeren groter is dan de energie die door het systeem geproduceerd kan worden over de levensduur. Dit wordt vastgelegd in de zogenaamde energetische afschrijvingstijd (Energy Payback Time, EPBT) en heeft betrekking op de niet-hernieuwbare primaire energiebehoefte die nodig is voor productie, transport, installatie en ontmanteling van een zon-PV systeem. Dit wordt vervolgens afgezet tegen de hoeveelheid niet-hernieuwbare primaire energie die wordt voorkomen door duurzame energie op te wekken. De energetische afschrijvingstijd is dus afhankelijk van de elektriciteitsopbrengst van het systeem en het aandeel niet-hernieuwbare primaire energie wat daarmee voorkomen wordt. Daarom verschilt de energetische afschrijvingstijd van land tot land.

In de onderstaande tabel is de energetische afschrijving gegeven voor een zon-PV systeem in Duitsland en Zuid-Europa, zie de eerder genoemde Duitse LCA studie naar duurzame energie, [1]. In de tabel is te zien dat de primaire energie die wordt gebruikt bij de productie, transport, installatie, gebruik en ontmanteling van een moderne zon-PV installatie, in vrijwel alle gevallen binnen 2 jaar wordt gecompenseerd. Bij een levensduur van 20 tot 25 jaar verdienen zonnepanelen zichzelf dus (energetisch) ruimschoots terug, zelfs in landen die al een duurzame elektriciteitsmix hebben.

Zijn oude zonnepanelen te recyclen?

In 2020 werden in Nederland ruim 10 miljoen nieuwe zonnepanelen op daken en in velden geïnstalleerd. Als deze panelen aan het einde van hun levensduur komen, komt daarmee ook een nieuwe grote afvalstroom op gang. In de publieke opinie wordt zelfs gesproken van een “tikkende milieutijdbom”. Aangezien een zonnepaneel voor het grootste gedeelte uit glas bestaat en het goed mogelijk is om zonnepanelen te recyclen, is dit een misvatting. In de onderstaande figuur is de opbouw te zien van 2 types gebruikelijke zonnepanelen: het conventionele PV-paneel met aluminium lijst (a) en een modern glas-glas paneel (b).

Volgens de grootste Europese verwerker van zonnepanelen, PV Cycle, is momenteel 93,5% van een conventioneel zonnepaneel te recyclen. Bij de huidige recyclingmethode wordt de (eventueel aanwezige) aluminiumlijst verwijderd. Vervolgens wordt het glas, kunststof en metaal zo veel mogelijk gescheiden door het paneel te verwarmen of te vermalen. De waardevolle grondstoffen zoals koper, tin, zilver en silicium kunnen eventueel verder worden gescheiden en gezuiverd om als nieuwe hoogwaardige grondstof te dienen, maar dat is een relatief kostbare stap die alleen rendabel is als de prijs van grondstoffen hoog genoeg is.

De zonne-energiesector in Europa en Nederland erkent het belang van circulariteit voor de branche. Fabrikanten en importeurs van zonnepanelen zijn sinds 1 maart 2021 verplicht om zich aan te sluiten bij Stichting OPEN. Deze stichting zorgt voor de inzameling en recycling van ‘e-waste’, waaronder zonnepanelen. De huidige inzamel- en verwerkingskosten die Stichting OPEN in rekening brengt bij producenten en importeurs van zonnepanelen bedraagt 6,50 euro per 1.000 kilo nieuwe panelen. Dit komt neer op ongeveer 13 cent per paneel en is voldoende om de huidige verwerkingskosten te dekken. Deze inzamel- en verwerkingskosten zijn echter nog te laag voor toekomstige hoogwaardige volledig circulaire verwerking van zonnepanelen. Verdere innovaties, afspraken en regelgeving zijn nodig om efficiëntere en hoogwaardige recyclingtechnieken te ontwikkelen. De stichtingen OPEN, Zonne-energie Recycling Nederland (ZRN) en PV Cycle hebben hiervoor een gezamenlijke roadmap opgesteld met onderzoeken en activiteiten om te komen tot een volledig circulaire fotovoltaïsche industrie in Nederland, zie referentie [3] .

Zonnepanelen zijn materiaalintensief en gebruiken schaarse materialen

Een energiesysteem op basis van duurzame energietechnologie verschilt sterk van ons huidige systeem dat gebaseerd is op fossiele grondstoffen. Zon-PV installaties en windparken hebben geen brandstoffen nodig om te werken, maar voor de productie van deze installaties is over het algemeen meer materiaal per eenheid opwekcapaciteit nodig dan voor fossiele energie-installaties. In Figuur 1 is te zien dat voor een moderne PV installatie ongeveer 200 ton materiaal per MW opgesteld vermogen nodig is, zie ook referentie [4] en [5]. Het is dus een terechte constatering dat zon-PV installatie materiaalintensief zijn. Overigens worden de meest gebruikte grondstoffen zoals staal, beton, glas, aluminium, kunststoffen en silicium, niet als schaars of kritisch beschouwd. Koper en zilver zijn dat echter wel.

Vergeleken met de levering van fossiele brandstoffen zijn de toeleveringsketens voor duurzame energie systemen complexer en vaak ook minder transparant. Daarbij zijn de benodigde mineralen en grondstoffen geografisch geconcentreerder dan die van olie of aardgas. De belangrijkste producenten en leveranciers van essentiële grondstoffen voor de energietransitie liggen buiten Europa en zijn sterk geconcentreerd in een paar landen waarvan democratie, politieke stabiliteit, het milieu of de mensenrechtensituatie onder druk staan. Dit is zeker het geval voor het element koper. Een verstoring in de toeleveringsketen zou grote gevolgen zou kunnen hebben voor het tempo van de energietransitie en de lange termijndoelstellingen voor het klimaat, omdat het een onmisbaar materiaal vormt voor elektriciteitskabels en netten.

Belangrijke maatregelen om de spanning op vraag, aanbod en toelevering van essentiële grondstoffen te verminderen zijn maximaal hergebruik en de materiaal intensiteit verminderen via technologische innovatie.  Een goed voorbeeld hiervan is de zeer sterke, door innovatie gedreven reductie in het gebruik van zilver en silicium in zonnecellen in de afgelopen 10 jaar. Dit is de basis geweest voor de kostendalingen van zonnecellen en daarmee de spectaculaire stijging van zonne-energie.

Het is dus van groot belang dat de zonne-energiesector (en alle industrie en MKB in Nederland in het algemeen) de controles op milieu en naleving van mensenrechten in de toeleveringsketen intensiveert en erop toeziet dat het hergebruik van materialen bij einde levensduur zo hoog mogelijk is. Evenzo mogen alle partijen die betrokken zijn bij duurzame energieprojecten, producenten wijzen op hun verantwoordelijkheden en vragen om implementatie van processen om nadelige gevolgen voor mensenrechten en milieu in de toeleveringsketen te identificeren, voorkomen, mitigeren en herstellen.

In de reeks ‘Veel gestelde vragen rondom de energietransitie’, zijn onderstaande artikelen wellicht ook interessant:

• Waterstof
• Duurzaamheid van windturbines
• Wind
• Zonnepanelen

Referenties