夏の台湾中南部は日差しが強く、太陽光パネルが稼働している。しかし、建物の屋上や空き地に設置された太陽光パネルの寿命は決して長くはない。現在の技術では寿命は20年ほどで、天災や鳥の糞などでダメージを受けることもある。太陽光発電による電力供給を増やせば、気候変動を遅らせることができると考えられているが、使用済みのパネルはどう処理するのだろう。

太陽光発電の研究に20年を費やしてきた傅耀賢教授。かつて注目された薄膜太陽電池を手に、太陽光発電産業の盛衰を語る。

世界的な任務

太陽光パネルの素材は、ガラスが75％、アルミ10％、EVA樹脂10％で、この他にシリコンや銅、銀なども含まれる。「20年にわたって強い日差しや風雨にさらすことができるということは、等級の高い素材が使われていることを意味し、それらは回収再利用するべきです」と台南大学グリーンエネルギー科技学科の傅耀賢･教授は言う。

現在の使用済み太陽光パネルのリサイクルにおいては、EUが設立した組織PV Cycleが中心となっている。PV Cycleの処理方法は、まずアルミのフレームを取り外し、機械で粉砕してガラスと金属、プラスチックなどに分ける。プラスチックはさらに熱分解し、EVAフィルムとバックシートは高温で気化させ、最後にアルミ、シリコン、銅、銀、ガラスなどとして回収する。

しかし、太陽光パネルのバックシートはフッ素を含み、燃焼すればオゾン層破壊につながるため、熱分解する必要があり、ガスを回収する設備を用いて妥当に処理しなければならない。結果としてPV Cycleの回収ラインは製鉄所のような巨大なものとなり、設備1台が1億元近くもする。

傅耀賢によると、ヨーロッパのリサイクル産業は台湾ほど発達していない。EVAやフッ素を含むバックシートの回収生産高が低いため、苦労をしてリサイクルしても使い道がなく、最終的にはどこかに埋めるか焼却しなければならない。また、欧州では現在まだこれらの物質をソーラーパネルから分離する技術がないため、すぐに焼却されてしまう。有用な素材がそのまま廃棄され、しかも環境汚染の心配もある。これではグリーンエネルギーの意義に反するというので、傅輝賢と研究チームは、太陽光パネルを完全にリサイクルするシステムを確立しようと考えたのである。

左の石英を純化処理すると右の金属グレードシリコンとなり、これが太陽光発電や半導体産業における重要な原料となる。

世界をリードするリサイクルシステム

学生時代は化学を専攻していた傅耀賢は、2001年に博士課程を修了すると工業技術研究院に入り、太陽光発電における新素材の応用研究を開始し、台南大学で教鞭を執り始めてからも太陽光発電の研究を続けてきた。20余年にわたる研究生活の間、太陽光発電の盛衰と起伏を目の当たりにしてきた。

世界各国が、2050年の二酸化炭素排出量実質ゼロを目標に掲げて再生可能エネルギーに大々的に力を入れ始めた時、傅耀賢は太陽光発電発展の背後に使用済ソーラーパネルの問題があることを意識し始めた。回収して循環利用できなければ、世界中で毎年億トン単位で廃棄物が出る。それでも環境にやさしいと言えるのだろうか、と。

そこで2017年、彼はチームを率いて廃パネルのリサイクルの研究を開始した。化学を専攻してきたため、最初は化学分解の方法を考えたが、溶剤が二次汚染を出す。そこでチームは物理的な技術の研究へと切り替え、素材の接面親和力を破壊する方法で、太陽光パネルの層を分解する方向で研究した。工作機械大国である台湾には、優れた精密機械技術がある。そこでチームは多くの企業と共同研究を行ない、さまざまな問題を解決していった。現時点の最新の技術では、温度を上げずに常温の状態でマシンが太陽光パネルを分解でき、素材本来の特性を破壊せずに、アルミ、シリコン、ガラス、EVA、PVDF、貴金属などを回収できるというものだ。

研究チームが物理的な技術をもって開発した完全なリサイクルシステムでは、層を成す太陽光パネルを下の写真のように分解する。左からガラス、EVA、シリコン。

太陽光パネルの循環経済

太陽光パネルのリサイクルを産業として発展させるため、チームは回収した素材の応用も研究している。中心メンバーの一人、洪嘉聡博士によると、彼らの技術を買い取りたいという企業からの話も幾度かあった。従来の学術研究では単一項目の技術の開発に留まることも多い。しかし傅耀賢は、技術移転をしてしまうと後はビジネスとなるため、シリコンや銀など価値の高い素材のみを取り出し、EVAやガラスなど価値の低い素材はそのまま捨てられてしまう可能性もあると考えた。そこで、回収した各素材を価値を高めて応用できるよう、産業チェーンを確立してこそ廃パネルのリサイクルに道が開けると考えている。

その話によると、台湾にはリサイクル産業の完備したチェーンがあり、他の国では廃棄物とされるものが、台湾では価値のある商品によみがえらせることができる。

太陽光パネルから回収したEVAは、封止接着の過程で金属が混ざっているため、純度が高くない。この欠点を長所にするため、チームはもともとEVAに金属を混入する製品を開発した。例えば、クリーンルームで履く静電靴などだ。

ソーラーパネルのバックシートから剥がし取るPVDFシートは、熱分解の方法で処理するとフロンが出てオゾン層の破壊につながるため、チームではPVDFの酸とアルカリに強い特性を活かし、工業排水用のパイプや塗料、あるいはダムの濾過器に用いる技術を研究している。どの用途も実行可能で商業的価値も高く、研究に値する。

リサイクルによって再生されたガラス

革新的な思考

研究チームは、回収（リサイクル）だけでなく、創造的再利用（アップサイクリング）、さらには回復（リカバリー）までを考えている。太陽光パネルの中で最大の部分を占めるガラスは、誰も触れようとしない難しい部分だが、研究チームは回収したガラスを、別の種類の太陽光パネルに変えて再利用しようとしている。

従来の太陽光パネルは平面のガラスを用いており、それをアルミフレームで強化している。傅耀賢のチームは溝型ガラスという建材から発想を得て、太陽電池をガラスにはめ込む形での製造工程を開発している。チーム中心メンバーの一人、物理学を専攻する戴学斌博士は一枚の名刺を取り出して説明する。一枚の平らな紙は重さに耐えられないが、短い辺を折り曲げてコの字型にすると重さに耐える力が増すという原理だ。

昨年9月、彼らは中油公司と協力し、溝型ガラスを使ってソーラーハウスを建てた。メンバーの劉真誠博士は「途中でガラスをハンマーでたたいて見ましたが、びくともしませんでした。この建材には十分な強度があります」と言う。ソーラーハウスは内部のエアコンに必要な電力を十分にまかなえ、彼らはこの建材への自信を深めた。

今後、太陽光パネルの設置が進むことは確実で、そのためには土地を確保しなければならなくなる。そうした中で太陽光パネルを建材と統合できれば、建材の費用だけで発電効果が得られることとなる。これを高速道路の遮音壁や歩道に用いることも可能だと傅耀賢は考えている。こうすれば太陽光発電の原価を大幅に抑えることができ、太陽光発電を生活に取り入れられるだけでなく、ソーラーパネルを設置するための土地をわざわざ取得する必要もない。

リサイクルによって再生されたEVA

太陽光発電産業の将来

このチームが太陽光パネルリサイクルの研究に取り組み始めて5年になる。現在は、光電建材の資金を募集中で、すでに内外の企業から協力のオファーが来ている。建材と光電における認証が取得できれば、この産業に新たな視野が開けることとなる。リサイクルの設備も自動化の試験段階にあるが、チームはさらに全自動で40フィートのコンテナに入る生産ラインを開発している。これにより、リサイクル装置を世界中に届けることができれば廃パネルを回収するための輸送費も削減できる。こうして台湾は、世界の太陽光パネルリサイクル技術の市場において新たな道を開くことができる。

傅耀賢に、この5年で壁にぶつかったことはないかと問うと「何回もありましたが、何とか乗り越えてきました」と言って笑う。リサイクル技術の改良だけで大きな変動が3回あった。最初は理念に賛同してサポートしてくれた企業が、途中で放棄してしまうこともあった。多くの社員を養わなければならない企業にとって、ゼロからの開発に膨大な資金を注ぐのは容易ではない。そこで傅耀賢は政府のプロジェクトとしての資金を申請するなどして少しずつ研究費を獲得している。資金面や、技術的ハードルの向上なども、チームは常に考えなければならないのである。

近年、政府は研究成果と産業を結び付けるために大学による会社設立を奨励しており、傅耀賢のチームは台南大学で初めてのスタートアップ企業を設立した。傅耀賢は今では企業経営や資金募集なども学ばなければならない。傅耀賢を含む4人の中心メンバーは、自宅や土地を売ったり貯金を取り崩してでも会社の運営資金を確保しようと覚悟を決めている。戴学斌によると、傅耀賢はまるで宣教師のように、太陽光パネルのリサイクルを生涯の志にしようと皆に語っているそうだ。「これは環境に役立つことなので、利益が出るかどうかはわかりませんが、喜びをもってできることなのです」と傅輝賢は力強く語った。

リサイクルによって再生されたシリコン

研究チームは太陽光パネルリサイクル後の処理と応用を研究し、完全な循環経済を構築しようとしている。左から、戴学斌、傅耀賢、劉真誠、柯昊葳、洪嘉聡。

チームが開発する太陽光パネルリサイクルシステムは、輸出の利便性も考慮して、全自動でコンテナに収められるサイズを目指している。（劉真誠提供）

溝型ガラスから発想を得た太陽光発電建材。安全係数はカーテンウォールより高く、体重90キロの人が上を歩いても問題ない。

台湾の研究チームは持続可能な再生エネルギーを目指し、太陽光パネルの完全なリサイクルシステムを構築して廃パネルがもたらす問題を解決しようとしている。