Associer Energie solaire et Economie circulaire

IMEC & SES PARTENAIRES OUVRENT LA VOIE A UNE CHAINE DE PRODUCTION CIRCULAIRE

L'énergie solaire approche le seuil emblématique de la puissance installée mon­diale d'un térawatt. La gestion des déchets occupe donc une place plus impor­tante dans l'agenda du secteur photovoltaïque. Une quête est lancée afin de trouver la clé d'une seconde vie pour les produits et les matériaux. imec et ses partenaires ouvrent ainsi la voie à une chaîne de production circulaire.

Du PhotovoltaIque Circulaire?

En partie sous l'égide du projet de subvention européen Horizon2020 CIRCUSOL, imec et ses partenaires soutiennent et développent des con­naissances technologiques et commerciales pour une chaîne de production circulaire dans le secteur de l'énergie solaire (PV). Tout le spectre est concerné: du recyclage et de la réutilisation des matières premières à la réparation, la revalorisation et la réutilisation des installations en fin de vie.

Eszter Voroshazi, chef de groupe des activités modules et systèmes PV chez imec, et Ioannis Tsanakas, chercheur Marie Curie chez imec, présentent le comment, le quoi et le pourquoi du photovoltaïque circulaire.

Ils sont tous deux liés à EnergyVille, une collaboration entre imec, VITO, KU Leuven et UHasselt pour la recherche sur l'énergie durable et les systèmes énergétiques intelligents.

DEchets: une montagne de possibilitEs

Boom du photovoltaïque

L'industrie photovoltaïque (PV) affiche une croissance phénoménale, surtout ces dix dernières années. Environ 80% de toutes les installations de cellules solaires dans le monde ont été réalisées au cours des cinq dernières années. A l'heure actuelle, la puissance photovoltaïque représente plus de 500 gigawatts de puissance de pointe dans le monde et, en se basant sur la croissance ac­tuelle, elle doublera pour atteindre plus d'un térawatt d'ici 2022.

Boom de la production de déchets

D'un autre côté, cela implique aussi que le nombre de systèmes PV qui atteignent la fin de leur première vie utile, augmentera dans la même mesure d'ici quelques années. En l'absence de mesures adéquates, ces déchets s'accumuleront. Des études montrent que les déchets de modules photovoltaïques dans le monde pourraient atteindre huit millions de tonnes d'ici 2030 et décupler leur volume cumulé d'ici 2050. Sans tenir compte des déchets générés dans la chaîne de production ou par les modules qui sont mis au rebut avant la fin de leur durée de vie technologique (par exemple, par le biais de demandes d'indemnisation d'assurance, de la reconception de l'infrastructure énergétique, etc.)

En comparaison avec d'autres flux de déchets, la quantité de déchets d'emballages plastiques en Europe est estimée à 15 millions de tonnes par an.

Opportunités

Plutôt que de considérer cela comme un pro­blème insurmontable – ou de faire l'autruche – le secteur photovoltaïque et les parties concernées abordent déjà cette évolution comme une ère de nouvelles possibilités, avec des opportunités pour de nouveaux modèles de revenus sur toute la chaîne de valeur.

De plus en plus, l'industrie consacre de l'attention et des ressources à un processus de production et d'entretien plus rationalisé afin d'assurer le cycle de vie initial le plus rentable possible. Et des modèles (économiquement) durables de col­lecte et de réparation pour assurer un fonctionnement fiable et compétitif pendant un éventuel second cycle de vie.

Des trajectoires diverses

Le recyclage et la réutilisation des matières premières, la réparation ou la valorisation des installations en fin de vie en vue d'un second cycle de vie, ... sont autant d'éléments importants pour un avenir écologique et économique durable d'un secteur énergétique photovoltaïque. Certaines recherches ont déjà été effectuées et il existe, par exemple, des organigrammes pour naviguer à travers ces différentes options à la fin du cycle de vie des systèmes PV. Toutefois, de nombreux points de vue demeurent relativement fragmentés et aussi quelque peu arrêtés. Ils se concentrent souvent sur le recyclage et les innovations connexes. Le potentiel de création de valeur à partir de la réutilisation est trop laissé de côté.

Les bons exemples de réutilisation et de revalorisation sont rares. Tout comme dans le domaine de la fiabilité, de la certification et de la qualification des systèmes PV dans leur deuxième cycle de vie. Et même les projets les plus récents sont principalement basés sur des modèles de revenus linéaires classiques. Il y a clairement place pour une prise de conscience de l'éventuelle création de valeur supplémentaire au travers de concepts circulaires. En impliquant, par exemple, les pro­ducteurs initiaux et tous les acteurs en aval dans les aspects pertinents de la mise en place d'un second cycle de vie.

CIRCUSOL: la lumiEre au bout du tunnel

CIRCUSOL (acronyme de 'circular business models for the solar power industry') est un projet d'innovation-action subventionné par le pro­gramme Horizon 2020 de la Commission européenne.

Avec VITO comme coordinateur, le consortium est composé de quinze partenaires de sept pays. Le programme a débuté en 2018 et vise à formaliser les différents scénarios pour la fin de la première vie des systèmes PV dans quatre ans et à développer les normes techniques et les cadres législatifs appropriés. Sur la base de ces connaissances, le programme souhaite développer et valider un système de produits et de services (product-service system; PSS) pour soutenir la mise en œuvre de modèles économiques circulaires tout au long de la chaîne. Les premiers résultats du programme s'avèrent déjà très utiles. Il est déjà apparu clairement, par exemple, que les systèmes PV déclassés se retrouvent presque automatiquement dans le flux de déchets et sont ensuite soit détruits, soit re­cyclés.

Toutefois, la plupart des installations étant encore loin de leur fin de première vie théorique, ce flux est constitué en grande partie d'équipements et de composants qui ont été rejetés dans le processus de production ou qui sont tombés en panne pendant le transport ou les quatre pre­mières années de leur vie. Les partenaires et experts de CIRCUSOL estiment qu'environ la moitié des modules PV du flux de déchets peuvent encore être réparés ou valorisés pour être réutilisés.

CIRCUSOL a également compilé une vue d'ensemble détaillée des principaux acteurs des différentes chaînes qui interviennent à (ou avant) la fin de la première vie des systèmes PV, ainsi que leurs technologies et modèles économiques les plus courants.

Coup de pouce lEgislatif

Toute personne impliquée dans le secteur photovoltaïque sait que la récupération et la valorisation des systèmes photovoltaïques sont actuellement un circuit relativement informel, composé d'entreprises privées indépendantes qui ne bénéficient pas du soutien des fabricants d'origine. C'est en partie pour cette raison spécifique qu'il y a peu d'informations aujourd'hui, et aucune norme, sur la caractérisation des modules PV 'de seconde main' ou sur le test de leur fiabilité. Vous ne trouverez pas non plus de label ou de certification. Toutefois, d'un point de vue fonctionnel, ces 'modules d'occasion' relèvent également de la directive européenne concernant la mise à disposition sur le marché de matériel électrique destiné à être utilisé dans certaines limites de tension (2014/35/EU). Les exigences de con­formité et les règles de sécurité qui y sont dé­crites, s'appliquent également.

En outre, la directive européenne sur les déchets d'équipements électriques et électroniques (DEEE) (2012/19/UE) cible les flux de déchets électroniques dans les Etats membres européens. Avec comme l'une des exigences que 85/80 (%) des déchets PV en masse doivent être recyclés/valorisés à partir de 2019.

Ce n'est un secret pour personne qu'il faut donc encore développer la technologie de recyclage et de fin de vie afin de se conformer à ces directives et à celles à venir.

REcolter les fruits ensemble

Dans l'ensemble, les raisons ne manquent pas pour que le secteur photovoltaïque et les parties concernées prennent ensemble des mesures pour créer de la valeur à partir de ces nombreuses opportunités futures.

Y compris, sans s'y limiter, le développement et la mise à l'essai de concepts dans lesquels le recyclage, la réparation ou la réutilisation sont déjà pris en compte au stade de la conception; l'élaboration de protocoles pour des essais de fiabilité ciblés et rentables, et la caractérisation des modules PV 'd'occasion'; et des analyses coûts-avantages et cycle de vie pour le recyclage des modules PV.

En tant que partenaire de CIRCUSOL, imec est ouvert à toute contribution et question relatives à ce sujet.

Eszter Voroshazi

Eszter Voroshazi est le chef de groupe des activités modules et systèmes PV chez imec. Elle est titulaire d'un diplôme d'ingénieur de l'INSA de Rennes (2008, France) et d'un doctorat de la KU Leuven (2008, Belgique). Elle travaille dans le cadre d'EnergyVille (une collaboration entre imec, VITO, KU Leuven et UHasselt, axée sur les villes et les réseaux intelligents) sur le développement de technologies et de matériaux innovants et durables pour les modules PV, la conception du ren­dement énergétique par simulation et des services d'exploitation et de maintenance des systèmes PV. Elle est également responsable des activités au sein d'EnergyVille. Elle est également experte dans les comités de normalisation et d'expertise PV et réviseure pour des institutions de financement scientifique, des conférences et des magazines.

Ioannis Tsanakas

Ioannis Tsanakas est chercheur au sein du groupe modules et systèmes PV d'imec, dans le cadre d'EnergyVille. Il est titulaire d'un MSc/BSc en génie électrique et informatique (2006), et d'un doc­torat en gestion et génie industriel (2013) de l'Ecole polytechnique de l'Université Democritus (Grèce). Ses recherches portent sur la performance, la fiabilité, l'exploitation et la maintenance ainsi que la durabilité des modules et systèmes PV. Il participe aussi à la tâche 13 du programme PVPS de l'Agence internationale de l'Energie, en tant qu'expert scientifique national pour la France (2015-2016), la Norvège (2017-2018) et la Belgique (2018-2018); il contribue en tant qu'expert PV aux comités de normalisation pertinents (CEI) et aux task forces de la Commission européenne (EU-JRC Ecodesign; ETIP PV Systèmes et Réseaux solaires PV numériques de l'UE et de la CEI).