多组分光伏组件废弃物的热解行为研究：STA-FTIR-MCC联用与建模方法

为解决光伏组件废弃物高效回收难题，研究人员通过STA-FTIR-MCC联用技术结合逆向建模，系统揭示了多组分光伏模块的四阶段热解机制，确定了反应动力学与热力学参数，建立的模型可精准预测质量损失（偏差<3%）与热释放（偏差<10%），为优化热解回收工艺提供科学依据。

　　

随着全球能源结构向低碳转型加速，光伏（PV）发电因其成本效益和环境友好性成为主力，预计2050年将占新增能源装机的55%。然而，首批装机量达百万吨级的光伏组件即将进入退役期，其多层结构中嵌有硅（Si）、银（Ag）等高价值材料，但外层保护材料（如EVA封装层、PET背板）的粘附性导致传统机械分离效率低下，化学回收又面临溶剂污染风险。热解法虽能高效回收完整硅片，但多组分材料共热解时存在协同或抑制效应，现有单一材料研究无法指导实际回收。

中国地质大学（武汉）的研究团队在《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》发表研究，通过STA（同步热分析）-FTIR（傅里叶变换红外光谱）-MCC（微尺度燃烧量热）联用技术，结合ThermaKin2Ds逆向建模框架，首次系统量化了多组分光伏模块的热解行为。研究发现，热解过程分为四个阶段：PET熔融、EVA初始分解、EVA与PET链断裂协同反应及残余有机物热解，气体产物以CO₂、H₂O和羧酸衍生物为主。通过Hill-climbing优化算法，团队逆向确定了反应动力学参数、热容及燃烧热值，所建模型对质量损失（偏差<3%）、热流（偏差<10%）和热释放率（偏差<10%）的预测均与实验数据高度吻合。

关键技术方法
研究采用STA（10 K/min加热速率）测定质量损失与热流，FTIR实时监测气相产物，MCC量化挥发分燃烧热；通过ThermaKin2Ds框架耦合逆向建模，结合Hill-climbing算法优化参数。

主要研究结果

1. STA分析：热解起始温度为618 K，四阶段质量损失分别对应PET熔融（5 wt.%）、EVA分解（峰值340°C）、协同反应（400-500°C）及残炭热解。
2. FTIR检测：气体产物中羧酸衍生物（如乙酸）在300°C后显著增加，证实EVA乙酰基断裂与PET酯键水解的协同效应。
3. MCC数据：挥发分燃烧热峰值与EVA主分解阶段匹配，总热释放量偏差<10%。
4. 模型验证：变加热速率实验表明，模型对EVA-PET相互作用导致的反应延迟（465°C分界点）具有普适性。

结论与意义
该研究首次建立了多组分光伏模块的精准热解模型，揭示了EVA与PET的协同反应机制，为设计连续化热解装备提供了关键参数。模型可优化温度场控制以避免硅片热损伤，同时最大化有机物去除效率，推动光伏回收从实验室走向工业化。中国地质大学（武汉）团队提出的STA-MCC联用逆向建模方法，为复杂废弃物热化学转化研究提供了新范式。