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IEA PVPS、ドイツの太陽光パネル回収とリサイクルに関するレポート

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IEA PVPS（国際エネルギー機関の太陽光発電システムプログラム）は、ドイツでの太陽電池モジュールの回収とリサイクルに関するレポート「Status of PV Module Take-Back and Recycling in Germany 2024」を2024年3月に公表しています（関連トピック）。

本トピックではレポートの概要を紹介し、注目すべき内容をピックアップししていきます。

※以下の内容はPVリサイクル.com®運営者による要約であり、正確な内容は原本を参照ください

報告書の概要

本報告書では、ドイツでの廃棄太陽光パネルの現状、廃棄物管理システムの課題や改善案などが、2部構成で報告されています。
第一部では、欧州廃電気電子機器指令（WEEE指令）の主要な法的枠組みと、ドイツにおける電気電子機器法（ElektroG）を通じた運用の紹介、PVモジュールの廃棄量の統計について紹介されています。
第二部では、回収とリサイクルのインフラに関する現状、関連するステークホルダーの実務経験を基に、リサイクルシステムの課題などが議論されています。

将来の大量の廃棄PVモジュールの課題に最初に直面する国の1つとして既に多くの措置が導入されており、他の国々のリサイクルシステム構築に向けた貴重な経験だとされています。
一方で、商業ベースでのリサイクルプラントが存在しておらず、将来の大幅に増加する廃棄パネルへのリサイクル能力拡充の必要性が指摘されています。

処理量の少ない現状では、大規模なリサイクル能力を持つ企業は2社となっており、Reiling社がSi系PVモジュールを、First Solar社ではCdTe系薄膜モジュールが、機械的および湿式化学処理によりリサイクルされています。
これらのプロセスは比較的容易にスケールアップが可能とされているものの、現時点ではリサイクルガラスが高品質な用途向けには品質要件を満たしておらず、またSi系PVモジュールのシリコンを経済的にリサイクルできない課題も指摘されています。

ワークショップの議論では、現在のドイツにおける廃棄PVモジュールの回収システムは非常に複雑だと指摘されています。
B2B／B2Cの違いによる費用増加、廃棄PVモジュールの不適切な取扱いによる高い破損率や、公共の収集ポイントへの回収義務についての情報提供の必要性などのステークホルダー間のコミュニケーションの必要性が求められています。
また、将来の大量廃棄に向けて廃棄PVモジュールの監視と追跡の改善が必要だと指摘されています。

序論（第１章）

本項ではドイツにおける太陽光発電の導入状況、将来の廃棄量予想や現在の廃棄量の実績などが紹介されています。

太陽光発電設備の導入状況と廃棄量の実績

ドイツ全体では、2022年までに累積設置容量は約67GWpに達しており、2030年に215GWp、2040年に400 GWpへの拡大を目指しています。
これらの目標を達成するために、今後数年間で最大 年間22GWp太陽光発電設備が追加されると期待されています。

ドイツの太陽光発電の年間導入量と累積容量の推移（引用元：IEA PVPS）

現在の廃棄PVモジュールの量は比較的少ないものの、2007年の設置ブームの結果として今後増加が予想されています。

将来の廃棄量に関しては、2030年に40万トンから100万トンの間になると予想されており、2050年に約430万トンに達するとされています。

ドイツの廃棄PVモジュールの推計（引用元：IEA PVPS）

2016年から2020年までの廃棄PVモジュールの実績は増加傾向にあります。
2020年までに42,300トンが回収されており、IRENAによる推定（通常の損失シナリオ）を上回っています。

排出量推計値と実際の排出量の比較（引用元：IEA PVPS）
本報告書の目的

本報告書の主な目的は、ドイツにおける現状の廃棄PVモジュール管理の枠組み、およびステークホルダーの経験に基づく評価の提供とされています。
この目的のために、2021年と2022年に26機関から20〜25人の専門家からなるワークショップが開催されており、廃棄物管理の現状と課題、潜在的な解決策と最適化策が議論されています。

ドイツにおける廃棄PVモジュールの法的枠組みと登録（第２章）

欧州では、廃棄PVモジュールはWEEE（電気および電子機器廃棄物）として分類され、WEEE指令の法的枠組みによりドイツ国内の法律ElektroG（電気および電子機器法）として施行されています。

廃棄PVモジュールの回収・処理においては、主だった事項として以下の概要が定められています。
（※一部のみ抜粋して紹介）

  • 廃棄PVモジュールの最低回収率は85％（熱回収する場合、リサイクル率は質量の80％）
  • B2BまたはB2Cの用途に応じて、PVモジュールの回収に対して異なる規制が適用
  • 家庭から排出された廃棄PVモジュールは、自治体等が設ける無料の収集ポイントで引取りが行われる（ただし最大20～50モジュールまでの数量制限がある）
  • 現在ドイツ国内で、約1,700カ所の収集ポイントが設けられている
  • 再利用ができないPVモジュールは、適切な処理施設にてリサイクル（分別処理）が行われる
  • Si系または非Si系のモジュールは別々に扱われ、初期処理としてアルミフレーム・ケーブルの除去が行われる
  • 回収された材料の有害物質については、含有量の限界値が定められている
    　Si系・・・鉛：100mg/kg、セレンおよびカドミウム：1 mg/kg
    　非Si系・・鉛：10mg/kg（半導体材料を除く）、セレンおよびカドミウム：1 mg/kg
  • PVモジュールの製造業者が、市場に出荷する製品に対しての責任を負い、有害物質を含む製品の処理に関する情報の提供義務
PVモジュールの初期処理における分類（引用元：IEA PVPS）
ドイツの循環経済法（KrWG）

WEEE指令に基づき施行されるElektroGに加えて、ドイツでは循環経済法（KrWG）が廃棄物の処理、回収、および廃棄に関する法的枠組みを提供しています。

EU廃棄物枠組み指令（European Union Waste Framework Directive, 2008/98/EC）に基づく循環経済法は「廃棄物の発生と管理における自然資源の保護と人間の健康および環境の保護を確保するために循環経済を促進すること」が規定とされており、リサイクルよりも廃棄物削減や適切なリユースを優先することが定められています。

PVモジュールの廃棄においても再利用とリサイクルが廃棄よりも優先されており、これを確実にするためにモジュールの非破壊的な分解と輸送が義務付けられています。

循環経済における廃棄物の階層分類（引用元：IEA PVPS）
電気廃棄物機器登録財団（Stiftung Elektro-Altgeräte-Register）

ドイツ市場でPVモジュールを供給する製造業者や正規代理業者は、WEEE登録機関であるStiftung EAR（電気廃棄物機器登録財団）に登録し、PVモジュールの販売数量や廃棄PVモジュールの数量を報告する必要があります。
Stiftung EARは年に1回統計を公表しており、これらの情報は統計データベースEurostatからアクセス可能となっています。

2021年の年次統計によると、2021年にドイツ市場には合計442,531トンのPVモジュールが供給され、4,676トンの廃棄PVモジュールが回収されたとされています。

PVモジュールの出荷・廃棄量のStiftung EAR統計（引用元：IEA PVPS）

なお、連邦環境庁（UBA）においても廃棄PVモジュールの情報が提供されていますが、統計方法などの違いから異なった数量となっているようです。

ドイツ環境活動協会：PVセクターの循環経済に関する白書

非政府組織であるドイツ環境活動協会（Deutsche Umwelthilfe）は、ドイツの太陽光発電業界の専門家へのインタビューや利害関係者への調査に基づく白書を発表しており、循環経済を強化するための課題と機会に関する要約がまとめられています。

本白書では、PVモジュールの廃棄プロセスなどにおける課題が指摘されています。

  • 廃棄PVモジュール収集プロセスの透明性や経済的側面の改善
  • 回収やリサイクルの高いコストにより、適切なリサイクルシステムが利用されないリスク
    （ElektroG2施行前に出荷されたPVモジュールは、収集・リサイクルコストが製品価格に含まれていない）
  • WEEEに報告されたモジュール数量が、予想数量に比べて依然として少ない事実
    （モジュール寿命のずれや収集システム統計漏れかは不明だが、不適切な輸出の可能性も指摘）
  • リサイクル材料のダウンサイクル、リサイクルへの投資やインセンティブの必要性
    （将来のPVモジュールの改良には、リサイクル志向のモジュール設計や汚染物質の使用回避・削減が必要）

PVモジュールの回収とリサイクルの現状の評価（第３章）

ドイツにおけるPVモジュールの回収とリサイクルついて、業界の専門家によるリサイクルワークショップにて、現行システムの課題や改善のため措置、ニーズなどにについて議論されています。

近年、PVモジュールのリサイクルプロセスを複数の企業や研究プロジェクトが開発され試験的に運用されている一方で、現在は廃棄PVモジュールの流通量が少ないため多くのパイロットリサイクル施設は産業規模での商業化には至っておらず、リサイクル施設の運用が財務的に厳しいとされています。

報告書では、Si系および非Si系PVモジュールのリサイクルとしてReilingとFirst Solarが紹介されており、また代替リサイクル技術の開発動向などの企業の取組みが紹介されています。

Si系PVモジュール：Reiling社グループ
  • Si系PVモジュールのリサイクルでは機械的プロセスが主流・・・フレーム・ケーブル分離後、破砕・選別・精製
  • Reiling社はドイツ国内3カ所にリサイクル施設を保有しリサイクル能力は合計で約10,000トン/年、年間約6,000トンのPVモジュールをリサイクルしていると推定されている
  • 2023年6月には年間10,000トン以上のリサイクルを行う施設の運用を開始、将来的に50,000トン/年までのリサイクル能力を持つように設計されている
  • これらのリサイクル施設では機械的プロセスが採用されており、破砕後の選別プロセスでは磁気・渦電流分離器、風力選別機、光学的分離、および電磁誘導選別機などが用いられている
  • 機械的プロセスの利点として産業規模で実証された技術であり、PVモジュールへの適用が容易
  • 回収されたガラスカレットのガラス製品のリサイクル原料の品質に適合しないためダウンサイクルされていることや、リサイクルプロセスの経済性に課題があるとされています
  • ReilingとFraunhoferの研究プロジェクトReModulでは、高純度の銀、シリコン、鉛、銅の分離技術が実証され機械的プロセスからのリサイクルシリコンからPVモジュールを製造する研究が進められているが、シリコンのリサイクルはまだ低い技術適用レベルとなっている

（Reilingの関連するトピック①、トピック②、トピック③）

非Si系モジュール：First Solar
  • ドイツ国内の非Si系薄膜モジュールの商業規模のリサイクル施設はFirst Solarのみであり、CdTe系薄膜モジュールのリサイクルに特化
  • 本施設は2010年から稼働しており、年間10,000トンのリサイクル能力を有する
  • 他ヨーロッパ諸国からのCdTeモジュールもリサイクルしており、約95％が自社のモジュール
  • 現在はリサイクルコストの30％を輸送コストが占めることから経済性は低いものの、廃棄量が年間約10万トンに増加すると予想される2028年以降は経済的に運営できる可能性がある
  • 機械的および湿式プロセスを組合せたリサイクル技術が採用されており、カドミウムとテルルなどの半導体材料の90％以上がリサイクルされ、CdTeモジュールの製造に再利用されている
  • 回収されたガラスカレットは、発泡ガラスなどの品質要件の低いガラス製品に使用されており、プラスチックフィルムは熱処理や焼却処理されている
その他の技術開発や企業の取組み事例
  • Suez GmBH
    • 2018年にGeltz-Umwelttechnologieと協業によりSi系PVモジュールのリサイクル施設の運営開始
      95%以上のリサイクル率、年間1,000トンの廃棄PVモジュール処理を目標したものの、Suezが廃棄物管理部門をPreZeroに売却したため運転停止
  • Lux Chemtech（関連トピック）
    • 化学・物理的処理を組み合わせたリサイクルプロセス
    • EUの資金提供による研究プロジェクトPhotoramaの中で、他のパートナーと共に廃棄PVの分解およびデラミネーションから金属回収までのパイロットラインの開発中
  • ImpulsTec
    • 物理的処理によるPVモジュール分解の代替技術として、前処理の破砕工程と組み合わせた衝撃波破砕技術（shock wave fragmentation technology）によるPVリサイクル技術を開発
    • 分離後の材料回収率として、EVA：7%wt、シリコン：約3%wt、銅：約1%wtを達成しており、1時間あたり75〜200kgのPVモジュールの処理が可能とされている
  • FLAXRES（関連トピック①、関連トピック②）
    • PVモジュールの層に高強度の光パルスを照射し分離する代替リサイクル技術を開発
    • モジュールを破砕しないため、より高品質のガラスリサイクルの可能性があるとされている
    • 試験装置で7.5トンのPVモジュールから、200kg以上のシリコン、4kgの銀、および高品質のガラス4.9トンを回収
    • リサイクル装置はコンテナに収まるサイズに設計されており、可搬型装置として発電所現地での直接リサイクルによる、輸送コスト削減が期待される
    • 現在、EUのEIT  Raw MaterialプロジェクトReProSolarで試験されており、欧州市場向けに5つの可搬式施設が2024年までに利用可能になる予定
    • また同社は2030年までに世界で400のリサイクル施設の建設を計画している。
  • Solar Materials（関連トピック①、関連トピック②）
    • 機械的処理によるSi系PVモジュールのリサイクル技術を開発
    • 処理方法や市場導入に関する詳細な情報は不明
  • その他ドイツの国内外企業として、Envaris、SolarGermanCells、SiC Processing、ROTH International、Rinovasol（関連トピック）、ROSI Solarなどが取り上げらているが、詳細情報は不明
  • 使用済PVモジュールのリユース・中古市場が注目されており、2ndlifesolar、SecondSol、Solardooなどが挙げられる
材料リサイクルでの更なる課題

PVモジュールの循環性を改善するために、いくつかの解決すべき課題が指摘されています。

  • 次世代のPVモジュール（ペロブスカイト、タンデム、有機系など）の多様化に伴う分類や処理方法
  • 太陽電池セル以外の中間層や封止材料に含まれる材料・・・はんだ・電極の鉛、ペロブスカイトに利用される鉛や有機化合物、封止材やバックシートの樹脂材、ガラスや樹脂に含まれるアンチモン
  • リサイクルを考慮した製品設計、リサイクル可能性によるモジュールメーカーの競争優位性
  • 不適切な処理や廃棄のリスク、適切なリサイクルインフラを持たない国々に輸出
  • 廃棄PVモジュールや精算プロセスから回収したシリコンの品質（純度）

ドイツは太陽光発電を大量に導入した最初の国であり、大量のリサイクルを行う最初の国になると考えられており、今後も導入が進む（2030年に215 GWp、2040年に400 GWp）ことからもリサイクルを考慮する必要があります。
一方で、これらの課題はドイツにとって大きな機会を提供するものでもあり、高度なリサイクルプロセスでリードすることができるとも指摘されています。

廃棄PVモジュール回収の経験から

2021年および2022年に実施された専門家ワークショップで議論された内容に基づき、現在の回収・リサイクルシステムの課題と改善手段が提示されています。
廃棄PVモジュールの回収・リサイクルは、WEEE指令をドイツ国内法に反映したElektroGによって処理や追跡のための法的枠組みが提供されているものの、実際の関係者は現行システムに多くの課題があると指摘しています。

  • 公式のシステムを通じて回収・適切なリサイクルに送られる廃棄PVモジュールの数量が少ない
  • ElektroGで規定された報告要件にも関わらず、廃棄PVモジュールの取り扱いに関しての低い透明性
  • 回収における高い輸送コスト（収集現場から処理施設への輸送）
  • 産業向け（B2B）および住宅向け（B2C）で廃棄PVモジュールの異なる取扱いルール
  • 不適切なPVモジュールの撤去や輸送・保管における不備により、PVモジュールの破損
  • Si系PVモジュールを中心に構築されたリサイクルインフラのため、非Si系モジュールへの関心の低さ（First Solarにより運営されるCdTe系薄膜モジュールは例外）

これらの実際の運用に基づき指摘されている課題に対して、システムやリサイクルフローの運用面や透明性の改善、多様なPVモジュールに対応したリサイクル施設の拡充、収集ポイントの改善や関係者のトレーニングなどによるコスト削減やモジュールの破損防止などが提言されています。

結論（第４章）

ドイツは最初に大量の太陽光発電を導入した国として、今後数年以内に大量の廃棄PVモジュールの処理する必要がある最初の国になるとされています。
本報告書では現行の回収・リサイクルシステムの現在の枠組みと状況や関連するステークホルダーの実際の経験がまとめられており、全体の課題と改善が必要な提示されています。
またドイツ国内の状況に焦点を当てた分析は、今後他の国でも同様に廃棄PVモジュールが増加する際の有益な教訓が提供されることも期待されています。

廃棄PVモジュール量の透明性

公式に報告される廃棄PVモジュールの統計量は予想されている廃棄量よりも少なく、多量のPVモジュールが不正輸出などの代替経路を経由して処分されることが想定されます。
初期処理後の材料フローは追跡が困難であり、処理プロセス全体でより良く追跡できる追加の措置が必要であると提案されています。
さらに個人の一般消費者が追加料金なしで廃棄PVモジュールを収集ポイントに持ち込むことができ（現在は約20モジュールに制限）、回収に関する情報の周知・認識が必要だとされています。

回収システム

現在の回収システムが、B2B・B2Cで異なるために複雑さや回収時のステークホルダーの義務が認識・周知されていないことなどが指摘されています。
高い輸送コストを減らすために、収集時の手続きの改善や責任者への適切なトレーニング、モジュールメーカーでのラベリングによる仕分け作業の容易化などが提言されています。
さらなる輸送コスト削減措置として、収集ポイントから初期処理施設までの距離を短縮や、多種類のモジュールを処理できる初期処理施設が大幅なコスト改善の可能性があるとされています。

モジュールリサイクリング

リサイクルインフラと処理能力を拡充、全てのモジュール種類のリサイクルプロセス、ガラスやシリコンなどが経済的にリサイクルの必要性などが指摘されています。
既に実用化されているリサイクルプロセスと代替技術を組み合わせることで、太陽光発電所の解体現場での初期処理を行うことなど、リサイクルインフラが拡張できると期待されています。

まとめ

今回のIEA PVPSのレポートでは、世界に先んじて廃棄PVモジュールの大量廃棄を迎えるドイツにおける、太陽光パネルのリサイクルの現状や課題、改善などがまとめられており、日本を含めた他の国々への示唆に富むものとなっています。

日本の状況を鑑みると、ドイツ（EU）とは異なる仕組みではあるものの、民間企業によるリサイクル技術の開発や全国への施設導入、法制化・ガイドラインなどの行政の取組みなど他国をリードしている一方で、海外に情報発信できていないのが実情です。

IEA PVPSには日本からもメンバーが加盟しており（関連トピック）、リサイクル技術・産業の輸出の観点からも、海外へ向けた積極的な情報発信や企業支援が求められます。

参考資料
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