Berdasarkan prakiraan dari Badan Perlindungan Lingkungan (EPA), limbah panel surya Taiwan yang dihasilkan pada tahun 2023 mencapai puluhan ribu metrik ton, mulai tahun 2035 diprakirakan setiap tahun akan melampaui ratusan ribu metrik ton. Sementara penilaian menurut model prediksi dari International Renewable Energy Agency (IRENA), menilik hingga tahun 2050 limbah panel surya seluruh dunia akan mencapai 910 juta metrik ton, setara dengan 220 juta ekor gajah Asia. Itikad baik dari pengembangan energi bersih berkemungkinan terhadang oleh permasalahan limbah yang menyulitkan sehingga daur ulang limbah panel surya menjadi masalah global yang mendesak untuk diprioritaskan.

Tim riset pengembangan energi hijau dari Graduate Institute of Greenergy di National University of Tainan berpegang pada konsep “Kehidupan Berkelanjutan”, merintis pengembangan internasional untuk penyempurnaan sistem daur ulang. Demi memecahkan teka-teki permasalahan utama abad ini, mereka menciptakan siklus ekonomi industri surya fotovoltaik yang juga membuka satu jalan baru bagi industri optoelektronika Taiwan.

Musim panas di kawasan tengah dan selatan yang terik menyengat tempat di mana panel surya bekerja keras membangkitkan energi. Jika masyarakat menggalang dana untuk menginstalasi panel surya maka semua akan merasa senang karena diuntungkan dengan harga grosiran dan membidik sasaran pemakaian sumber energi bersih. Akan tetapi panel surya yang dipasang di atas atap rumah, dan lahan kosong tidak tahan lama, jika dilihat dari teknologi saat ini, usia panel surya bisa mencapai sekitar 20 tahun, ada kalanya terdengar panel surya rusak akibat bencana alam atau terpapar kotoran burung. Ketika menganggap penggunaan panel surya berskala besar bisa memperlambat perubahan iklim, apakah kita pernah berpikir harus dikemanakan panel surya bekas pakai?

Selama lebih dari 20 tahun menggeluti analisis fotovoltaik, Fu Yaw-shyan memegang selaput sel surya sambil menjelaskan jatuh-bangunnya industri.

Misi Internasional Istimewa

Kompoisisi satu lempengan panel surya yang terdiri dari sel surya berbahan plastik EVA (ethylene vinyl acetate), dilapisi di antara kaca dan bagian belakang papan, kemudian di sekelilingnya dibingkai dengan aluminium. Ada 90% sel surya di pasaran mengadopsi sel surya silikon, maka dari itu bahan utama dari panel surya adalah 75% kaca, 10% aluminium, 10% plastik EVA, selebihnya masih ada silikon, tembaga dan perak. “Panel surya yang bersifat tahan terhadap panas matahari, angin dan hujan setidaknya mampu bertahan 20 tahun, ini menunjukkan bahan-bahan yang dipakai berkualitas unggul, semestinya dapat didaur ulang untuk dipakai lagi,” ujar Profesor Fu Yaw-shyan, dosen Fakultas Energi Hijau dari National University of Tainan.

 Pengembangan energi tenaga surya di Eropa terjadi lebih awal, dan lebih dini dalam menghadapi penanganan limbah panel surya. Maka dari itu, saat ini penanganan daur ulang limbah panel surya internasional dipimpin oleh asosiasi PV Cycle yang dibentuk oleh Uni Eropa. Cara penanganan yang dilakukan oleh PV Cycle adalah terlebih dahulu melepaskan bingkai aluminium, kemudian menggunakan mesin penghancur untuk memilah komponen kaca, logam, plastik. Komponen plastik diolah dengan metode pirolisis, dekomposisi lapisan perekat EVA dan bagian belakang papan, terakhir mendaur ulang bahan lainnya seperti aluminium, silikon, tembaga, perak dan kaca.

Metode pirolisis dapat dianggap sebagai pembakaran tanpa oksigen, setelah bahan-bahan yang terkandung dalam panel surya retak, kemudian dikarbonisasi atau berubah menjadi gas. Namun, pada bagian belakang panel surya di dalamnya mengandung flourin. Flourin setelah dibakar akan menjadi gas yang merusak lapisan ozon, sehingga ketika mengadopsi metode pirolisis harus dipersiapkan peralatan untuk menangkap gas beracun kemudian diolah dengan benar. Inilah alasan mengapa lini produksi PV Cycle memerlukan ruangan besar seperti pabrik peleburan baja, lagipula harga satu peralatan hampir mencapai ratusan juta dolar Taiwan.

Fu Yaw-shyan mengambil contoh, kandungan flourin papan bagian belakang  adalah polyvinylidene difluoride (PVDF). “Satu kilogram PVDF baru berharga NT$ 1.300, setelah daur ulang masih memiliki harga sekian ratus, akan tetapi setelah dibakar maka sudah tidak berharga, masih perlu mengeluarkan biaya untuk mengolah limbah gas,” katanya. Merasa tidak ikhlas bahan yang masih bermanfaat dibuang, lalu juga menjadi sumber pencemaran lingkungan, bukankah ini menyimpang dari tujuan awal pengembangan energi hijau? Hal ini mendorong Fu Yaw-shyan dan tim risetnya bertekad untuk menyempurnakan daur ulang panel surya.

Sebagian bahan EVA setelah didaur ulang.

Memimpin Penyempurnaan Sistem Daur Ulang Dunia

Ketika dunia sedang gencar-gencarnya mempromosikan energi hijau dengan menargetkan pencapaian nol emisi karbon pada tahun 2050, Fu Yaw-shyan menyadari di balik pengembangan energi tenaga surya yang pesat muncul permasalahan daur ulang limbah panel surya. “Jika hanya dibakar, tidak ada siklus daur ulang untuk dipakai lagi, setiap tahun dunia menghasilkan limbah yang terhitung mencapai hampir ratusan juta ton, dengan demikian apakah pembangkit tenaga surya dapat dikatakan ramah lingkungan?” Fu Yaw-shyan bertanya pada diri sendiri.

Pada tahun 2017, Fu Yaw-shyan memimpin tim risetnya memulai analisis daur ulang. Dengan berlatar belakang pendidikan kimia, mereka mulai menyisipkan metode penguraian kimiawi, akan tetapi pelarut dapat menimbulkan polusi sekunder, meskipun analisis ini membuahkan hasil, tidak dipertimbangkan untuk dipromosikan. Tim riset mencoba melakukan analisis teknik fisika, dengan mengadopsi metode pendekatan turunan untuk menghancurkan bahan, membongkar satu lapis demi satu lapis panel surya. Taiwan adalah negara besar penghasil peralatan mesin, memiliki fondasi kuat dalam bidang teknologi mesin presisi, tim riset bekerja sama dengan banyak produsen untuk melakukan penelitian mengatasi masalah lapisan lem yang merekat pada saat mesin dipanaskan. Melalui penelitian yang dilakukan berulang kali, teknologi terbaru saat ini adalah peralatan mesin dalam suhu kamar dapat membongkar panel surya, tidak perlu menaikkan suhu maka dalam kondisi tidak merusak bahan berhasil memilah dan mendaur ulang komponen-komponen aluminium, silikon, kaca, EVA, PVDF dan logam mulia.

Sebagian bahan EVA setelah didaur ulang.

Siklus Ekonomi Surya Fotovoltaik, Nilai Positif Daur Ulang

Hanya mendaur ulang bahan per item masih belum cukup. Agar daur ulang panel surya berkesempatan menghidupkan pengembangan industri maka tim riset berlanjut menganalisis pemakaian bahan yang didaur ulang, mempelajari kemungkinan penerapan pola bisnis. Salah satu anggota inti, Profesor Hung Chia-chung mengatakan, selama proses penelitian pengembangan daur ulang, sebenarnya sudah beberapa kali ada produsen yang berkeinginan membeli teknologi Fu Yaw-shyan.

Proses enkapsulasi akan membuat plastik EVA yang didaur ulang dari panel surya tercampur dengan logam, maka kemurniannya tidak sebanding dengan bahan baru. Tim riset menjadikan kekurangan ini berubah menjadi keunggulan, dengan mengembangkan produk berbahan plastik EVA ditambah logam, misalkan sepatu anti statis berbahan ESD yang dipakai dalam ruangan bebas debu. Berkat upaya dari tim riset, saat ini sudah ada produsen bersedia memakai produk berbahan hasil daur ulang plastik EVA seperti sepatu, matras yoga dan lainnya.

Sebagian bahan EVA setelah didaur ulang.

Berpikir Kreatif, Hindari Sengketa Lahan dengan Masyarakat

Konsep yang dipegang tim riset, selain daur ulang (recycle), masih ada daur tinggi (upcycling), bahkan perolehan kembali (recovery) agar setelah didaur ulang menjadi bahan baru untuk dibuat menjadi panel surya. Komposisi terbesar panel surya adalah kaca, juga menjadi masalah runyam yang paling tidak ingin ditangani oleh semua orang, malah sebaliknya tim riset Fu Yaw-shyan mendaur ulang kaca, menghidupkan kembali dengan mengolahnya menjadi papan surya yang berbentuk lain.

Tablet kaca, bahan yang dipakai dalam papan surya tradisional, perlu ditambahkan dengan bingkai aluminium agar lebih awet dan tahan lama. Tim riset Fu Yaw-shyan mengembangkan kaca yang berbentuk menyerupai “U”, memberi nama bahan ini sebagai “U Shaped Glass”, kemudian sel surya yang ditanamkan ke dalam kaca, mengembangkan bahan kaca daur ulang untuk memproduksi kaca fotovoltaik yang berbentuk “U”. Salah seorang anggota inti sekaligus ahli fisika, Profesor Dai Shyue-bin mengambil contoh dengan selembar kartu nama, semula hanyalah kertas datar yang tidak mampu menopang beban, akan tetapi dua sisi pendek dilipat dua kali mengarah ke dalam membuatnya membentuk “ㄇ” (“U” terbalik) dan membuat energi regangan merata dan mampu menopang beban, inilah konsep bentuk “U” pada kaca.

Bulan September tahun lalu, tim riset Fu Yaw-shyan bekerja sama dengan Chinese Petroleum Corporation (CPC) yang memakai kaca model “U” yang mereka kembangkan untuk membangun rumah energi surya. Anggota inti Liu Cheng-chen sembari tertawa berkata, “Selama proses pemasangan, berulang kali hantaman palu mengenai kaca, akan tetapi sama sekali tidak bermasalah, ini menunjukkan bahan ini benar-benar cukup kuat.” Sementara listrik yang dibangkitkan dari rumah tenaga surya juga mencukupi pasokan listrik untuk mesin AC pendingin di dalam rumah, hal ini semakin meningkatkan rasa percaya diri tim riset dalam mempromosikan bahan fotovoltaik.

Demi menambah proporsi energi surya dalam pembangkit listrik secara menyeluruh perlu menambah lokasi instalasi papan surya, maka selalu timbul konflik sengketa lahan antara pabrik pembangkit tenaga surya dan masyarakat. Kerangka pemikiran tim riset adalah apabila panel surya dapat berintegrasi dengan bangunan maka hanya mengeluarkan biaya bangunan dan semakin mampu menghasilkan listrik, seperti papan kedap suara pada jalan tol, trotoar dan lainnya menjadi lokasi yang dinilai memungkinkan oleh Fu Yaw-shyan. Ini tidak hanya dapat mengurangi biaya produksi panel surya, tetapi juga mampu membaurkan fotovoltaik surya ke dalam kehidupan sehingga tidak perlu khusus mencari ruangan instalasi, dan dengan ini masalah persengketaan lahan dengan masyarakat pun terselesaikan.

Tim riset mengupayakan pengolahan dan pemanfaatan bahan daur ulang panel surya, membangun siklus ekonomi tenaga surya fotovoltaik. Dari kiri ke kanan: Dai Shyue-bin, Fu Yaw-shyan, Liu Chen-cheng, Ko Haw-wei dan Andrew Hung.

Membangun Masa Depan Industri Optoelektronika

Tim riset mendalami analisis daur ulang papan surya selama lima tahun berjalan, saat ini tengah mempersiapkan pengumpulan dana untuk sertifikasi pengakuan bahan fotovoltaik dan sudah ada produsen asing yang menyampaikan kesediaan untuk bekerja sama, ketika diloloskan maka bisa memperoleh sertifikasi ganda untuk bahan dan fotovoltaik, yang menjadi perluasan visi untuk industri optoelektronika. Peralatan mesin daur ulang juga telah memasuki tahap uji coba operasional secara otomatis, tim riset masih merencanakan untuk menciptakan jalur produksi yang sepenuhnya berjalan secara otomatis yang terpasang pada kontainer berukuran 40 kaki, sehingga dengan demikian perangkat daur ulang dapat dikirim ke seluruh dunia, menghemat energi mengangkut limbah panel surya dari pabrik pembangkit listrik tenaga surya skala besar, juga menandakan Taiwan berkesempatan untuk memanfaatkan teknologi daur ulang panel surya dalam membuka jalan baru di pasar internasional.

Bahan fotovoltaik yang dikembangkan membentuk kaca berbentuk “U”, memiliki sistem keamanan yang lebih tinggi daripada kaca bangunan, bahkan orang dengan berat badan 90 kg berdiri di atas kaca ini juga tidak bermasalah.

Tim riset Taiwan berupaya menyempurnakan penelitian daur ulang panel surya menjadi solusi pemecahan permasalahan limbah panel surya, dan menerapkan sasaran energi hijau berkelanjutan secara nyata.