不同废旧光伏聚对苯二甲酸乙二醇酯回收途径的生命周期评估

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Life cycle assessment of different recycling routes for waste photovoltaic polyethylene terephthalate

　　

摘要

到2030年，随着废弃光伏（PV）模块数量的激增，这些模块将带来严重的环境风险。从光伏背板中分离出的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）亟需得到合理处理，将废弃的PV-PET转化为再生PET（r-PET）颗粒可以实现材料的循环利用，并提供一种可持续的处理策略。本研究将废弃的PV-PET与白色PET瓶片或原生PET混合，制备r-PET颗粒，并评估了不同回收途径的技术性能、环境影响和经济可行性。结果表明，将70%的废弃PV-PET与30%的原生PET混合后，抗冲击强度从1.90 kJ/m2提高到了3.43 kJ/m2；而将20%的废弃PV-PET与80%的白色PET瓶片混合时，抗冲击强度可达到5.00 kJ/m2。生命周期评估（LCA）显示，与焚烧相比，这种回收方式在所有影响类别中（酸化潜力、人类毒性潜力及海洋水生生态毒性潜力除外）都具有环境效益。通过多标准决策框架对各种回收途径进行评估，其排名顺序为：PV-PET/原生PET（0.8462）> PV-PET/白色PET瓶片（直接购买并预先分选）（0.7721）> PV-PET/白色PET瓶片（在工厂中分离混合的PET瓶片）（0.7578）。因此，将70%的废弃PV-PET与30%的原生PET混合是最佳的回收途径。

章节摘录

引言

全球光伏（PV）装机容量的快速增长不断使得废弃的PV模块数量增加。按照25年的标准使用寿命计算，预计到2050年全球废弃的PV模块数量将达到6000万至7800万吨[2]。目前，仅有约10%的废弃PV模块被回收或再利用[3]，大多数废弃物通过填埋或直接丢弃处理。因此，PV模块的回收已成为一个重要的研究热点[4, 5, 6, 7, 8]。

本研究中使用的所有废弃PV-PET和消费后PET瓶片均来自中国的一家PET回收公司。其他实验材料及混合原料的详细信息列于表S1中[2]。

以下定义阐明了本文中提到的PET材料：

废弃PV-PET：从废弃PV模块中拆解并去除杂质后回收的PET背板材料；

混合PET瓶片：未分拣的、多种颜色的废弃物

通过DSC方法对三种原料（白色PET瓶片、原生PET和废弃PV-PET）在冷却和加热过程中的结晶温度及熔化温度进行了表征。废弃PV-PET的结晶温度和熔化温度最高（分别为209°C和256°C），超过了原生PET（177°C和254°C）和白色PET瓶片（163°C和249°C）（见图2a和d）。随着废弃PV-PET中白色PET瓶片的比例从10%增加到90%，其熔化温度也相应变化

本研究开发了废弃PV-PET的回收方法——将其与市售PET瓶片或原生PET混合，并添加性能增强添加剂。实验结果表明，在废弃PV-PET与PET瓶片按2:8的比例混合时，添加5%的PP-g-MAH可使抗冲击强度从1.90 kJ/m2提高到5.00 kJ/m2；在废弃PV-PET与原生PET按7:3的比例混合时，添加3%的PET-g-MAH可使抗冲击强度从1.90 kJ/m2提高到3.43 kJ/m2，符合当前行业要求

杨颖：写作、审稿与编辑、监督、资源协调、资金争取。阮俊军：资源协调。黄哲：数据验证、监督。熊向明：数据验证、监督。黄志胜：初稿撰写、数据验证、方法设计、实验研究。

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究结果的财务利益冲突或个人关系。

本研究得到了中国国家重点研发计划（项目编号：2023YFC3906103）的财政支持。

作者声明不存在任何可能影响本文研究的利益冲突。

无

实验原料（表S1）、原料批次和类型信息（表S2）、实验设备与分析方法（表S3）、回收路线2和路线3的生命周期数据（表S4–S5）、再生废弃PV-PET的制备条件（表S6）、混合原料的 intrinsic viscosity 数据（

黄志胜 | 熊向明 | 黄哲 | 阮俊军 | 杨颖

中南大学冶金与环境学院，中国长沙 410083