光伏组件回收生命周期可持续性评估中的环境、经济和社会维度整合：来自墨西哥西北部的证据

《Process Safety and Environmental Protection》：Integrating Environmental, Economic, and Social Dimensions in the Life Cycle Sustainability Assessment of Photovoltaic Module Recycling: Evidence from Northwest Mexico

　　

摘要

本研究提出了墨西哥西北部光伏组件回收的综合生命周期可持续性评估 (LCSA)，通过同时评估环境、经济和社会维度，解决了新兴经济体中光伏生命周期结束 (EOL) 管理缺乏全面可持续性评估应用的问题。环境方面通过遵循 ISO 14040/14044 标准的生命周期评价 (LCA) 进行评估，针对 1 kWp 单晶硅光伏系统（含与不含 EOL 回收）。回收减少了 ReCiPe 2016 的 18 个中间点影响类别中的 17 个，包括矿物资源稀缺 (-50.3%)、淡水生态毒性 (-28.9%)、海洋生态毒性 (-34.9%) 和人类非致癌毒性 (-27.1%)，而由于硝酸的使用，平流层臭氧消耗略微增加 (+2.6%)。银 (Ag) 和硅 (Si) 的回收对影响缓解贡献最大。经济评估使用平准化度电成本 (LCOE) 显示，在具有 15% 回收激励的基准情景下，回收使 LCOE 从 0.0813 降至 0.0794 美元/千瓦时。敏感性分析显示，在大多数评估条件下，即使没有经济激励，回收仍能保持经济竞争力，其中名义贴现率和通货膨胀对经济绩效的影响最大。对 18 家光伏公司的知识 - 态度 - 实践 (KAP) 调查显示，72% 的公司认识到不当处置的环境风险，100% 一致支持回收，94% 愿意与大学合作开展培训和环境教育倡议。总体而言，研究结果为新兴太阳能市场基于证据的可持续光伏组件 EOL 管理和循环经济策略决策提供了全面基础。

引言

全球气候危机由温室气体过量排放驱动，加速了向可再生能源的转型，作为缓解全球变暖和促进可持续发展的策略。在此背景下，太阳能光伏 (PV) 能源因其能够利用丰富、清洁的资源且在运行期间环境影响低，已成为最有前景的技术之一 (Iturralde Carrera et al., 2025)。

在墨西哥，太阳能取得了显著增长；2022 年，新增了 530 兆瓦装机容量，占该国已安装发电容量的 20.83% (SENER 2024)。这种扩张反映了分布式发电的增长以及锡那罗亚等地区高太阳能潜力的利用，该地区以高太阳辐照度和巨大的能源发展机遇为特征 (CRE, 2024)。然而，这种增长也带来了新兴挑战：光伏组件废料的管理，其使用寿命估计为 25 至 30 年 (Oteng et al., 2023)。由于缺乏特定法规，这些废料往往被不当处置在垃圾填埋场，这会释放来自玻璃中的镉、铅和锑等重金属和有毒物质，对生态系统和人类健康产生负面影响 (Chung et al., 2024, Chowdhury et al., 2026a, Chowdhury et al., 2026b, Chowdhury et al., 2026c, Chowdhury et al., 2026d, Chowdhury et al., 2026e)。因此，开发回收策略对于减轻影响以及回收硅、铝、铜、银和玻璃等有价值材料至关重要，从而在循环经济框架内产生环境和经济效益 (Diez-Suarez et al., 2024a, Diez-Suarez et al., 2024b, Pulido-Ocegueda et al., 2025) 此外，回收通过减少对初级开采的需求，最小化了对关键原材料的压力，提高了资源效率，减轻了与战略材料相关的供应风险，并增强了光伏价值链的韧性和可持续性 (Chowdhury et al., 2025, Chowdhury et al., 2026a, Chowdhury et al., 2026b, Chowdhury et al., 2026c, Chowdhury et al., 2026d, Chowdhury et al., 2026e)。

多项研究已探讨了光伏组件的可持续性及其生命周期 (LC) 相关影响。近期研究表明，电池片加工阶段是影响最大的阶段，主要由于电力消耗和银的使用，而组件运输也对环境足迹有显著贡献 (Ozturk, 2025)。在地中海和拉丁美洲地区，已证明回收过程可减少高达 89% 的矿物资源稀缺，并降低人类毒性和生态毒性等关键环境类别的影响 (Diez-Suarez et al., 2024a, Diez-Suarez et al., 2024b)。在墨西哥，关于电子废物管理的研究强调了战略材料集成收集、回收和回收系统的重要性，兼顾经济效益和绿色就业机会 (Pulido-Ocegueda et al., 2025)。然而，仍存在一些重要差距，包括材料选择、系统优化和生命周期结束 (EOL) 管理的整合有限，实施循环经济策略对当地条件的考虑不足，以及缺乏同时评估环境、经济和社会维度并纳入利益相关者感知和参与的统一框架 (Iturralde Carrera et al., 2025)。

在此背景下，生命周期可持续性评估 (LCSA) 作为一种综合框架出现，允许同时从环境、经济和社会视角分析光伏组件回收的影响。从环境角度来看，遵循 ISO 14040 和 14044 标准的生命周期评价 (LCA) (ISO, 2006) 能够比较垃圾填埋和回收情景，识别组件制造和处理过程中的关键负担 (Mao et al., 2024, Daniela-Abigail et al., 2024)。经济维度通过平准化能源成本 (LCOE) 进行评估，提供了关于回收战略材料和发展加强回收行业及促进绿色就业的可持续商业模式的可行性的信息 (Pulido-Ocegueda et al., 2025)。最后，社会维度分析利益相关者的感知、态度和实践，强调环境教育和社区参与在实现公正能源转型中的重要性 (Iturralde Carrera et al., 2025, Ramírez-Márquez, 2025)。

本研究应用 LCSA 框架评估墨西哥光伏组件回收，选择锡那罗亚作为案例研究，因为其具有高太阳能潜力和分布式发电的快速扩张 (CRE, 2024)。方法论涉及文献数据收集和针对安装公司关于组件可追溯性和处置的调查，使用 SimaPro 软件实施 LCA，通过 LCOE 进行经济分析，并通过针对光伏行业的调查进行社会评估。

这种方法也符合可持续发展目标，特别是经济适用的清洁能源 (SDG 7)、负责任消费和生产 (SDG 12) 以及体面工作和经济增长 (SDG 8) (Iturralde Carrera et al., 2025)。此分析强调了实施整合环境可持续性、经济可行性和社会参与的公共政策和管理策略的必要性，确保墨西哥及其他具有高太阳能潜力的地区实现可持续和负责任的能源转型 (Ozturk, 2025)。

以往的研究主要从环境视角使用 LCA 评估光伏组件回收 (Chung et al., 2024, Oteng et al., 2023)，而其他研究则独立纳入经济 (Dias et al., 2022) 或社会方面 (Cousse, 2021)。然而，在单一 LCSA 框架内整合三个可持续性维度的研究仍然很少，特别是那些依赖发展中国家特定区域数据的研究。此外，墨西哥光伏组件回收的可持续性影响受到的关注有限。为了解决这些差距，本研究基于墨西哥西北部的证据提出了光伏组件回收的综合 LCSA，对环境、经济和社会绩效进行全面评估，以支持循环经济策略和明智的决策。

章节片段

方法论

本研究的方法论框架分为三个主要阶段，每个阶段解决可持续性的特定维度，以确保系统性和连贯性评估 (图 1)。第一阶段通过遵循 ISO 14040 和 ISO 14044 标准的 LCA 评估环境影响。第二阶段使用 LCOE 作为主要绩效指标解决经济维度。第三阶段侧重于社会维度，通过应用经过验证的调查以评估

中间点方法

中间点分析显示，当在组件生命周期结束时纳入回收时，ReCiPe 2016 评估的 18 个影响类别中有 17 个得到改善 (表 2)，唯一例外是平流层臭氧消耗，在两种视角下均表现出增加 (H: +2.58%; E: +2.61%)，主要归因于回收过程中硝酸 (61%) 和电力 (18%) 的使用。缓解幅度最高的类别包括矿物资源稀缺、海洋

结论

本研究表明，在墨西哥西北部回收光伏组件在环境、经济和社会维度提供了显著效益。

在环境方面，LCA 显示回收减少了 18 个类别中的 17 个类别的影响，对人类毒性、生态毒性和资源稀缺性有显著缓解，主要由于银和硅的回收。虽然回收过程因硝酸使用和电力消耗产生了轻微的臭氧消耗负担，

资金来源

本研究未收到公共、商业或非营利部门资助机构的任何特定拨款。

CRediT 作者贡献声明

Bustos-Terrones Yaneth A: 写作 – 原稿，验证，方法论，调查。 Geraldyne Torróntegui-Chávez: 写作 – 原稿，调查，概念化。 Rasikh Tariq: 写作 – 审阅与编辑，验证，监督，资源，方法论，概念化。 A. Bassam: 验证，监督，概念化。 Daniela-Abigail Hernández López: 验证，监督，概念化。 Juan G. Loaiza: 验证，监督。

生成式人工智能及人工智能辅助技术在写作过程中的声明

在准备本工作期间，作者使用了 ChatGPT 以提高可读性和语言。使用此工具后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对出版物的内容承担全部责任。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些可能被认为影响了本论文报告的工作。

致谢

作者 Geraldyne Torróntegui-Chávez 感谢 SECIHTI 在“国家奖学金”计划下的财政支持。作者还要感谢蒙特雷理工学院通过"2023 年基于挑战的研究资助计划”提供的财政支持，项目 ID #IJXT070-23EG99001，题为“面向所有人的复杂思维教育 (CTE4A)：终身学习者的数字枢纽和学校”。

Geraldyne Torróntegui-Chávez|Rasikh Tariq|A. Bassam|Daniela-Abigail Hernández López|Juan G. Loaiza|Yaneth A. Bustos-Terrones