A magas tisztaságú szilícium teszi ki a napelemek többségét, de általában kidobják az üzemidejük végén, ami 25-30 év. Kihívást jelent a szilícium szétválasztása más napelemkomponensektől, például alumíniumtól, réztől, ezüsttől, ólomtól és műanyagtól.
Ráadásul a hasznosított szilícium szennyeződéseket és hibákat tartalmaz, ami alkalmatlanná teszi más szilícium-alapú technológiákra.

Az eddigi magas tisztaságú szilícium visszanyerési módszerek energiaigényesek és erősen mérgező vegyszereket használnak, ami drágává teszi és korlátozza a széles körű elfogadást a hasznosítók körében.

Az NTU kutatók új kivonási módszerrel vették fel a kihívásokat, amelyhez foszforsavat használtak, egy olyan anyagot, amelyet általában az élelmiszeriparban használnak.

Az NTU megközelítése magasabb visszanyerési arányt és tisztaságot mutatott, mint a jelenlegi szilícium-visszanyerési technológiák. A folyamat is hatékonyabb, mivel csak egyetlen reagense (foszforsav) van, míg a hagyományos módszerek legalább kétféle vegyszert tartalmaznak (erősen savas és erősen lúgos).

A tanulmány vezető kutatója Nripan Mathews, a Műszaki Tudomány és Mérnöki Kar Prorektorának tanácsosa és az Energia Kutatóintézet Központi Igazgatója, elmondta: „Szilícium-visszanyerési megközelítésünk hatékony és hatásos. Nem kell több vegyszert használnunk, csökkentve a vegyi hulladékok utókezelésére fordított időt. Ugyanakkor magas tisztaságú szilícium magas visszanyerési arányát értük el, amely hasonló az energiaigényes kivonási technikákkal előállított szilíciumhoz.”

Bár a napenergia használatának mértéke az elmúlt évtizedekben nőtt, a napelemek 30 éves korlátozott élettartama azt jelenti, hogy 2050-re 78 millió tonna napelemnek kell lejárnia.

Az NTU kutatócsoport úgy véli, hogy szilícium-visszanyerési módszerük potenciálisan megoldhatja a napelemhulladék növekvő problémáját azáltal, hogy az erőforrásokat zárt rendszerben tartja.

A tanulmány, amelyet 2023. augusztusban publikáltak a Solar Energy Materials and Solar
Cells tudományos folyóiratban, a fenntarthatóság és az innováció a körkörös gazdaság
számára kulcsfontosságú pillérek a 2025-ös Stratégiai Terv részeként, amelyben az NTU
elkötelezte magát. Továbbá támogatja az NTU Fenntarthatósági Manifesztumot, amely az
egyetem útját határozza meg a fenntarthatóság, a szénsemlegesség és a társadalmi hatás terén.

Az elektromos járművek növekvő lítium-ion akkumulátorainak növekedését támogatva

A szilíciumot az egyik legígéretesebb anyagnak tartják a következő generációs lítium-ion akkumulátorokhoz, amelyekkel elektromos járműveket lehet hajtani (EV-k) az extended range (nagyobb hatótáv) és a gyors töltési idő képessége miatt.

A gépjárműgyártók versenyeznek a szilíciumalapú lítium-ion akkumulátorok fejlesztéséért a fejlettebb EV-k számára, és az NTU kutatócsoport úgy véli, hogy az általuk kifejlesztett szilícium-visszanyerési módszer támogathatja a magas tisztaságú szilícium iránti várható keresletet.

Az NTU megközelítés először a lejárt napelemcellát 30 percig áztatja meleg híg foszforsavban, hogy eltávolítsa a felületükről a fémeket (alumínium és ezüst). Ezt a folyamatot megismétlik friss foszforsav használatával a fémek teljes eltávolítása érdekében, így a második 30 perces eljárás végén tiszta szilíciumlapka keletkezik.

A visszanyert szilícium elemzéséhez fejlett spektroszkópiás vizsgálatokat használtak, és azt találták, hogy mintájuk 98,9 százalékos visszanyerési arányt és 99,2 százalékos tisztaságot ért el – ezek a jelenleg elérhető módszerekkel visszanyert szilíciumhoz hasonló eredmények A tanulmány vezető szerzője, Dr. Sim Ying, kutatótárs, Energia Kutatóintézet, elmondta: „Az általunk kifejlesztett szilíciumalapú lítium-ion akkumulátor és az újonnan vásároltak közötti hasonló teljesítmény azt mutatja, hogy az NTU megközelítés lehetséges. Elképzelhető, hogy a gyorsabb és olcsóbb szilícium-visszanyerési módszerünk pozitív lendületet ad az EV- akkumulátorok fejlesztésének. Az EV-k mellett olyan potenciális alkalmazások is vannak, mint a hőelektromos eszközök.”

A csapat technológiai nyilvántartást nyújtott be az NTUitive-nek – az NTU innovációs és vállalkozási vállalatának – a szilíciumvisszanyerési módszerükről, amely az ipari felhasználás felé vezető utat nyit. Közben a kutatók ipari partnereket keresnek a piaci alkalmazások felderítéséhez.