KR20180064377A - 적어도 하나의 유기 성분을 포함하는 다층 시스템들을 해체하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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시릴 에이모니어
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상뜨로 나쇼날 드 라 러쉐르쉐 샹띠피크
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Abstract

적어도 하나의 유기층을 포함하는 몇 개의 층들을 포함하는 다층 시스템들(SM)의 박리/해체를 위한 방법 및 장치는, -상기 층들은 계면들에 의해 분리되고-, 적어도 다음 단계들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
-상기 다층 시스템을 적어도 하나의 상기 층들의 팽윤을 일으키는 특수성을 가지는 적어도 하나의 기체를 포함하는 유체와 상기 층들의 상기 성분들의 열화 없이 상기 다층 시스템을 구성하는 층들의 부분 집합들의 또는 각각의 층의 단일 분리를 가능하게 하는 특수성을 가지는 하나 이상의 비반응성 액체들을 혼합하는 단계,-상기 기체/액체 유체는 온도 및 압력에 있어 상승되는-;
-적어도 하나 이상의 층들 또는 열화되지 않은 층들의 부분 집합을 개별적으로 회수하는 단계

Description

적어도 하나의 유기 성분을 포함하는 다층 시스템들을 해체하기 위한 방법 및 장치
본 발명은 다층 시스템(multilayersystem)을 해체(dismantling)하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 적어도 하나의 유기 물질 층을 포함하는 다층 제품들을 재활용하기 위한 방법에 관한 것이다.
다층 시스템들 또는 제품들은 다양한 응용 분야들에서 우리의 일상 생활들에 관여한다. 예를 들어, 그들은
- 음료들이 들어있는 갑들(cartons containing drinks), 커피 캡슐들(coffee capsules) 또는 포장재(packaging), 요거트 용기들(yoghurt pots), 등등과 같은 음식 포장재(food packaging),
- 플라스틱-알루미늄 어셈블리(plastic-aluminum assembly)를 포함하는 제약 포장재(pharmaceutical packaging),
- 전자 장치들, 특히 모든 컴퓨터 화면들, 스마트폰들, 유리 및 유기물, -종종 무기물 및 금속 층들을 가진-, 어셈블리를 포함하는 텔레비젼들,
- 유기 전자 장치들(디스플레이 시스템, 화면들(screens), OLED들(Organic Light-Emitting Diodes), 다양한 종류들 및 디자인들의 유기 물질들의 층들의 스택(stack of layers of organic materials)으로 구성된 유기 광전 모듈들(organic photovoltaic modules))
- 유리, 중합체들(polymers) 등의 어셈블리들을 포함하는 태양열 패널들(solar panels)
에서 나타난다.
이러한 다층 시스템들은 처리(disposal)에 문제가 있는 많은 폐기물(waste)을 생성한다. 사실, 이 폐기물은 종종 회수 가능한(recoverable) 물질들을 포함한다. 그러나, 시스템의 상이한 층들의 분리는 구성 요소들 각각을 개별적으로 회수 또는 재활용하기 위해 필요하다. 가장 효과적인 예시들 중 하나는 기술적 폐기물에 관련되어 있다. 전자 부품 폐기물의 처리는 다양한 문제들을 일으키는데, 그 중에는:
- 독성 요소들, 예를 들어 태양열 패널들의 카드뮴(Cd), 또는 배터리들의 납과 같은, 을 포함할 수 있는 전자 장치 또는 유기 성분들로 인한 오염.
- 희토류 원소들(rare earth elements)와 같은 자원들이 제한될 수 있거나, 귀금속들(noble metals)과 같이 회수(recovery)가 경제적 이득을 생성할 수 있는 성분들의 손실,
- 이 폐기물의 존재로 인한 공간의 차지.
가 있다.
다층 시스템의 각각의 성분들을 회수하고자 할 때, 폐기물의 상이한 층의 분해 또는 분리(disassembly or separation)의 단계를 수행하여, 이러한 층들이 적절한 처리를 받을 수 있도록 할 필요가 있다.
결정질 실리콘(crystalline silicon) 기술을 이용한 광전 패널들의 경우에, 다양한 층들을 분리하기 위한 시도들이 이루어졌다, -즉, 유리 층, 유기 층(들)(중합체들), 결정질 실리콘 및 다양한 금속들-. 다양한 층들의 분리는 배후 표면(rear surface)인 플루오르화 중합 층의 존재로 인한 문제를 가지는데, 이는 재활용 동안 특정한 예방책들(precautions)을 취할 것을 요구한다. 실제로, 플루오르화 중합체의 열분해는 위험하고 독성이 있는 플루오르화 화합물을 생성한다. 따라서, 플루오르 중합체들(fluoropolymers)의 존재는 이러한 플루오르화 유도체들의 형성 위험이 있기 때문에, 재활용 공정을 제한하는데, 이것이 다른 모든 재활용 단계 전에 그들을 분리하기 위한 시도가 만들어진 이유이다. 그러므로, 이 층의 분리는 실행 가능한 재활용 기술들을 고려하기 위한 우선 사항이다. 그러나, 150°C 내지 200°C 사이의 상대적으로 낮은 온도에 노출되면, 이 플루오르 중합체는 분해되어 위험한 플루오르화 화합물들을 형성한다. 따라서, 이 층의 제거를 위한 열 공정들의 사용은 물질들을 원료(raw material)로 회수하는 것을 가능하지 않게 하고 또한, 안전을 위한 엄격한 절차들의 실행 및 기체 유출물들(gaseous effluents)의 재활용을 요구한다.
진행할 한 가지 방법은 다층 시스템을 연마하는 것인데, 예를 들어 광전 모듈의 경우에, 단지 유리의 일부(fraction of the glass)만을 회수할 수 있다. 회수된 유리는 재사용되기 위해서 추가적인 처리를 요구한다. 결정질 실리콘 또는 PV c-Si 광전 모듈들의 재사용은 일반적으로 연마/분리(grinding/separation) 단계 후에 중단되고, 단지 일부 금속들뿐만 아니라 물질의 원래 품질과 비교할 때 열약한 품질(inferior quality)의 연마된(ground) 물질의 형태인 불순한 유리(impure glass)만을 회수할 수 있다. 연마된 유리의 많은 불순물은 예를 들어, 건식 정제 공정(dry purificationprocess)이 수행되지 않으면 태양열 유리로 재사용할 수 없게 한다. 이를 위해, 오염 물질을 제거하기 위해 마모(abrasion)에 의해 유리 표면을 정제하는 단계를 수행할 수 있고, 재판매(평판 유리(flat glass), -물질의 원래 품질보다 열등한 품질인-)를 위한 충분한 순도(purity)를 얻을 수 있다. 태양 전지들의 비회수도 문제가 있다. 태양 전지 잔해의 정화뿐만 아니라 다른 금속들의 회수는 추가적인 화학적 처리 단계들을 요구한다. 기계적인 공정들은 구현하기에 충분히 간단하지만, 충분한 정도의 순도(degree of purity)로 모든 중요한 모듈의 물질들을 회수하기에는 불충분하다.
또한, 상이한 유기층들을 제거하기 위해서 높은 온도에서 광전 모듈을 소각하는 것이 가능하다. 그러나 이 기술은 450°C 내지 600°C 범위의 요구 온도에 도달하는 상당한 양의 에너지와 플루오르 화합물들의 생산을 관리하기 위한 상당한 안전 장치들을 요구한다. 게다가, 처리 동안의 열 스트레스로 인해 유리가 파손될 수 있다. 이 처리 후에 회수된 상이한 화합물들, 유리, 태양 전지들(c-Si 및 금속 배선들) 및 금속들은 유기 잔여물들(residues)에 의해 오염될 수 있고 따라서 하나 이상의 추가적인 처리 단계들을 요구한다. 열 공정들은 일반적으로 매우 에너지 집약적이고 비싸다. 게다가, 순수한 물질들의 회수는 소각 잔여물들(incineration residues)로 인한 기계적 또는 화학적 공정의 결합을 요구한다.
또 다른 접근법은 유리, 태양 전지들 및 금속들을 회수하기 위해 상이한 유기 층들의 화학적 식각을 이용하는 것이다. 실제로, 화학적 식각은 일반적으로 환경에 위험한 독성 용액들(toxic solvents), 예를 들어 톨루엔(toluene), 뿐만 아니라 예를 들어, 황산과 같은 산들(acids)을 포함하는 여러 단계들(stages)에서 수행된다. 이러한 용액들 및 산들은 비싸고 그들의 사용은 유기 잔여물들에 의한 그들의 오염 때문에 새로운 폐기물의 생성을 일으킨다. 게다가, 그들은 또한 태양 전지들 및 유리를 공격/오염시킬 수 있어서, 회수된 물질들의 순도를 저하시킨다. 화학적 처리들은 산들 또는 용액들과 같은, 많은 양의 화학물질의 사용을 요구하고, 이는 방법(안전, 용액의 재활용..), 경제(제품 가격, 규칙적 재생성(regular regeneration)…) 및 환경(가능한 추가 폐기물의 생성)의 관점에서 문제가 될 수 있다.
그러므로, 수행되는 대부분의 재활용 방법들은 높은 비용을 수반하고, 적어도 하나의 유기층을 포함하는 성분 또는 다층 시스템을 구성하는 각각의 층들의 회수를 최적화하는 것을 가능케 하지 않는다.
특허 출원 WO 2012101189는 다중 물질들(multi-materials)을 기제들(base materials)로 분리하는 광전 모듈들의 재활용 방법을 제안한다. 기술은 계면활성제들(surfactants)에 기반한 마이크로에멀젼들(microemulsions)을 이용하는 복합 재료들의 분리에 기반한다. 이 방법의 원리는 그들을 분리하기 위해 각각의 성분 사이의 계면 장력(interfacial tensions)을 줄이는 것이다. 이 분리 공정에는 몇 개의 단계들이 필요하다:
- 선택적인 연마 단계, -마이크로에멀젼을 위한 가능한 많은 접촉 면적을 생성하기 위한 물질들의 크기를 줄이는 것뿐만 아니라, 방법의 과정(course of the method)에서 재료의 취급(handling)을 단순화하기 위한-
- 마이크로에멀젼, -예비 연마된(pre-ground) 복합 재료들은 마이크로에멸젼으로 처리된다. 분리 또는 박리는 저온에서 교반함으로써 이루어진다. 결국, 개별적인 부분들 또는 생산물들(fractions or products)이 마이크로에멀젼으로 나타난다.-
- 세척(washing) 단계, -이 단계 동안, 생산물들은 여과되고(filtered) 마이크로에멜젼을 리컨디션(recondition)된다. 생산물들은 그 후, 마찬가지로 리컨디션되는 세척수(cleaning water)로 세척된다.
- 분류(sorting) 단계, -생산물들은 농도계 분리(densitometric separation), 체질(sieving) 등과 같은 종래의 절차를 이용하여 분류되고 개별적으로 획득된다.-
- 선택적인 건조 단계, -필요하면 생산물들은 건조될 수 있다.-
이 방법은 많은 낮은 에너지 및 재정적 비용(주위 온도(ambient temperature), 물 사용,..)에서 손실 없이 물질들의 높은 비율의 재활용 및 회수를 가능하게 하고, 높은 순도의 물질들(처리 중의 상 변화 없는)의 회수를 가능하게 하기 때문에 경제적 장점들이 있다. 또한, 마이크로에멀젼들 뿐만 아니라 세척수가 재사용가능하기 때문에 환경적 이점이 있다. 그럼에도 불구하고, 이 공정은 많은 단계들을 포함하는데, 마이크로에멀전들은 많은 양의 물을 사용하여 사용되는 계면활성제의 비율을 감소시킬 수 있다.
그러므로, 다층 시스템의 다양한 층들에 대하여 그들의 열화를 피하면서 개별적으로 회수하기 위해서 실행 가능한, 신뢰성 있고, 안전한 방식으로 분리하는 방법이 필요하다. 적어도 하나의 유기 층을 포함하는 몇 개의 층들을 포함하는 시스템의 다양한 층들의 깨끗하고 명확한 분리는, 재활용 및 회수 공정들의 최적화를 위해 고려되어야 할 핵심 단계(key stage)로 남아있다. 따라서, 광전 모듈들의 경우에 원래 유리를 회수할 수 있다는 사실은, 예를 들어 절연 응용분야들을 위하여만 재사용될 수 있는 오염된 유리의 복수보다 훨씬 높은 경제적 이익을 가진다.
본 발명에 따른 다층 시스템은 적어도 하나의 유기층을 포함하는 무기 및/또는 유기 층들의 스택(stack)으로 구성된 복합 재료(composite material)이다. 상기 시스템의 두 개의 연속적인 층들 사이의 결합은 접착제(glue)의 층에 의해 제공될 수 있지만 계면은 또한 화학적 성질을 가질 수 있는데, 예를 들어 하나는 유리 표면을 활성화시킴으로써 다층 시스템을 조립(assembling)할 때 유기층과 반응하도록 획득된다. 방법 동안에, 온도 처리 파라미터들, 압력 의 선택 및 또한 유체들의 선택을 통해, 각각의 층 단일 또는 필요에 따라 층들의 부분 집합들을 분리하도록 선택하는 것이 가능할 것이다. 층 그 자체는 몇 개의 성분들로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 방법은 온도 및 압력의 주변 조건들(25°C 및 0.1 MPa)에서 기체 및 비반응성 액체들의 혼합물로 구성된 유체(fluid)를 이용함으로써 적어도 다양한 층들 또는 다층 시스템의 층들의 부분 집합들을 분리하고 온도 및 압력에서, 그리고 특히 초임계(supercritical) 환경에서 상승하는 새로운 접근법에 기반한다. 용어 “액체 혼합물(liquid mixture)”은 가변 비율들(variable proportions)로 혼합된 비반응성 액체 또는 액체를 나타내는데 사용될 것이고, 상기 액체들은, 특히, 상기 성분들에 영향을 미치지 않고 상기 층들을 분리하는 기능을 가진다.
본 발명은 적어도 하나의 유기층(organic layer)을 포함하는 몇 개의 층들을 포함하는 다층 시스템(SM) 박리/해체(delamination/dismantling)하는 방법에 관한 것으로, 상기 층들은 계면들(interfaces)에 의해 분리되고, 적어도 다음의 단계들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
-상기 다층 시스템을 적어도 하나의 상기 층들의 팽윤을 일으키는 특수성을 가지는 적어도 하나의 기체를 포함하는 유체와 상기 층들의 상기 성분들(constituents)의 열화(degradation) 없이 상기 다층 시스템을 구성하는 층들의 부분 집합들의 또는 각각의 층의 단일 분리를 가능하게 하는 특수성을 가지는 하나 이상의 비반응성 액체들(non-reactive liquids)을 혼합하는 단계,-상기 기체/액체 유체는 온도 및 압력에 있어 상승되는(the gas/liquid fluid being raised in temperature and pressure)-;
-적어도 하나 이상의 층들 또는 열화되지 않은(undgraded) 층들의 부분 집합을 개별적으로 회수(recovering)하는 단계
다른 실시예에 따르면, 상기 처리 온도(treatment temperature) Tr은 상기 기체의 임계 온도(critical temperature) Tc 보다 크고, 상기 다층 시스템의 상기 층들의 열화 온도(degradation temperature) Tg보다 낮게 선택되고, 상기 처리 압력(treatment pressure) Pr은 상기 기체의 임계 압력(critical pressure) Pc 보다 높게 선택되고, 상기 기체에 대한 상기 액체의 혼합물의 부피 비율(volume proportion)은 적어도 15%이다.
상기 방법을 30°C 내지 150°C 사이의 온도 및 5MPa 내지 50MPa 사이의 압력으로 실행하는 것이 가능하다.
예를 들어, 사용된 상기 유체는 0부터 100%까지의 범위의 아세톤에 대한 물의 비율을 갖는 CO2/물/아세톤(CO2/water/acetone)의 혼합물이다.
상기 처리 온도는 60°C 내지 130°C 사이일 수 있다.
상기 방법은 다층 시스템들, 예를 들어 플루오르화 층, 포장재, 식품 포장재, 화장품 또는 제약 포장재, 유기 전자 부품을 포함하는 광전 모듈(photovoltaic module), 의 상기 처리를 위해 사용될 수 있다.
상기 방법은 상기 다층 시스템들을 예비 절단(precutting)하는 단계 및 상기 층들 또는 분리 층들의 부분 집합들(subsetsof separate layers)을 세척 및 건조(rinsing and drying)하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 적어도 하나의 유기층을 포함하는 몇 개의 층들을 포함하는 다층 시스템들을 박리/해체하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 층들은 계면들에 의해 분리되고, 다음의 요소들을 조합하여 포함하는 것을 특징으로 한다.
- o 처리될 적어도 상기 다층(SM) 시스템의 도입을 위한 제1 입구, 상기 층들의 분리(detachment)를 일으키는 특성을 가지는 적어도 하나의 기체로 구성된 유체의 도입을 위한 제2 입구, 상기 액체 또는 액체들의 혼합물을 위한 적어도 하나의 입구,
o 상기 방법의 마지막에서 상기 기체를 회수(recover)하기 위한 제1 출구,
o 상기 기체 유체/비반응성 액체 혼합물의 상기 온도를 상승시키기 위해 상기 반응기의 상기 온도(가열(heating))을 위한 장치
를 적어도 포함하는 반응기(reactor).
대안적인 실시예에 따르면, 상기 장치는 제1 도관(conduit)을 통해 냉각 장치에 연결된 기체 저장소(reservoir), 출구(outlet)이 예열기(preheater)에 연결된 고압 펌프(high pressure pump), -그 자체는 상기 제1 입구에 연결된 기체 도입 도관의 제1 벨브에 연결되는-, 및 인클로저(enclosure)에 기체를 배출(evacuating)하기 위한 도관을 포함할 수 있다.
상기 장치는 또한, 상기 반응기의 제2 입구에 연결된 하나 이상의 액체 도입(introduction) 라인들, -라인은 제3 제어 벨브를 구비한 적어도 제2 도관, 저장소에 저장된 액체들의 혼합물을 수용하는 펌프, 제3 벨브 및 저장소 또는 배수 파이프(drain pipe)를 구비한 도관에 연결된 상기 반응기의 제2 출구에 연결된 배수 회로(drain circuit)를 포함하는-을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특성들 및 이점들은 첨부된 도면에 주어진 예시적인 실시예들의 설명을 예시적으로 그리고 결코 제한하지 않고 해석하는 것으로 보다 명확해질 것이다.
도 1은 광전 모듈의 구조를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 장치의 예를 나타낸다.
도 3a는 광전 모듈의 묘사를 나타내고, 도 3b 및 3c는 CO2/아세톤 유체에 의해 광전 모듈의 후면(rear surface,백시트(backsheet))의 층들의 기계적 분리의 결과를 나타낸다.
도 4a 및 4b는 CO2/아세톤 유체에 의해 광전 모듈의 백시트의 기계적 분리의 결과를 나타낸다.
도 5a 및 5b는 CO2/물/아세톤 유체에 의해 광전 모듈의 백시트의 층들의 기계적 분리의 결과를 나타낸다.
본 발명에 따른 방법의 단계 및 동작을 명화하게 이해하기위해서, 다음의 예는 광전 모듈(photovoltaic module)을 해체하는 것과 관련하여 제공된다. 많은 광전 모듈 기술들이 존재한다. 결정질 실리콘(crystalline silicon)에 기반한 광전 모듈들은 광전 모듈 시장을 지배한다. 이러한 c-Si 기술의 광전 모듈들은 다층 시스템들이고, 이들의 재활용 및 재사용은 관심 물질들을 추출하기 위해서 상이한 층들의 분리를 요구한다.
도 1에 도시된 결정질 실리콘 기술의 광전 모듈의 예는 유기 성분들, 인캡슐런트(encapsulant) 및 백시트 및 무기 중합체들, 유리, 결정질 실리콘 및 금속들(Ag, Cu,Al)을 동시에 포함하는 다층 어셈블리이다. 이러한 모듈의 종래 구성은 다음과 같다:
- 프론트시트(frontsheet)로 잘 알려진 태양열 유리 전면 패널(1)
- 전기 접합부들을 보장하기 위한 몇 개의 c-Si 태양 전지들 및 금속들의 집합(2), -이들 모두는 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene-vinyl acetate (EVA 인캡슐런트)의 두 개의 층들(3 및 4) 사이에 인캡슐레이션(encapsulated)되는-
- 유리로 만들어질 수 있지만 적어도 하나의 플루오르중합체 층(PVF(polyvinyl fluoride) 또는 PVDF(polyvinylidene fluoride))을 포함하는 중합체 층들의 어셈블리를 주로 포함하는 백시트(5),
- 도메스틱 네트워크(domestic network) 및 광전 모듈(PV) 사이의 전기적 연결을 만들기 위한 접합 박스(6)
- 광전 모듈(PV)를 둘러싼 알루미늄 프레임(7)
오늘날 백시트에서 플루오르중합체들(fluoropolymers)의 존재는 다양한 층들의 재활용하는 기술적 블록을 나타낸다. 실제로, PVF 또는 PVDF와 같은 플루오르화 중합체들의 열 분해는 조작자(operator), 환경 및 방법에 대하여 독성이 있고 위험한 플루오르 화합물들(fluorinated compounds)의 생성을 초래한다.
도 2는 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 장치의 제1 예를 개략적으로 나타낸다. 이 예에서, 예를 들어, 기체/액체 유체 또는 기체/액체 혼합물 유체가 사용되고, 기체는 초임계 조건들(supercritical conditions)(Tc, Pc) 하에서 이산화 탄소(CO2)일 수 있다. 액체들은 층들을 분리하는 특수성(particularity)을 가진 비반응성(non-reactive) 액체이다. 다층 시스템(SM), 예를 들어 처리될 광전 모듈, 은 밀봉(seal) 및 가압의 유지(maintenance of pressurization)를 제공하는 폐쇄 수단들(closure means, 21c)이 제공되는 제1 입구(inlet, 21)를 통해 반응기(20)로 도입(introduced)된다. 반응기(20)는 또한 예를 들어 이산화탄소(CO2)의 도입을 위한 제1 벨브(24)가 제공되는 제1 도입 도관(23)에 연결되는 제2 입구(22)를 포함한다. 반응기는 예를 들어, 방법의 마지막에서 컨테이너(28)에 CO2를 회수하기 위한 제2 벨브(27)가 제공되는 제1 배수 도관(26)에 연결된 제1 출구(25)를 포함한다. 온도 센서들(CT) 및 압력 센서들(CP)는 반응기 및 배출 도관을 갖추어 방법의 실행을 제어하도록 한다. 반응기(20)와 직접 접촉하는 세라믹 칼라(ceramic collar, 30)는 반응기의 가열을 가능하게 한다. 반응기를 가열하기 위한 임의의 장치, 예를 들어 오븐, 가열 저항기들 등,이 사용된다.
반응기(20)의 업스트림(upstream)에서, 공정 중에 사용되는 이산화탄소 또는 임의의 다른 기체가 병(도시되지 않음)에, 또는 그렇지 않으면 제1 도관(33)을 통한 냉각 장치(32)에 연결된 CO2 저장소를 포함하는 회로 및 그 자체가 제1 벨브(24)에 연결되고 예열기(35)에 출력이 연결된 고압 펌프(34)를 통해 저장된다.
액체 혼합물은 처리될 다층 시스템을 가지고 반응기(20)로 직접적으로 도입될 수 있다. 액체 또는 액체 혼합물의 도입을 위한 하나 이상의 라인들이 이러한 목적을 위해 장치를 구비할 수 있다.
도 2에서, 예로서, 반응기(20)에 액체 혼합물의 도입을 가능하게 하는 라인이 도시되어 있다. 입구 라인은 반응기(20)의 제2 입구(42)에 연결된다. 그것은 제3 제어 벨브(44), 저장소(47)에서 액체들의 혼합물을 수용하는 펌프(46)의 하류에 위치하는 선택적 예열기(45)를 구비하는 제2 도관(43)을 포함한다. 이러한 액체들의 혼합물의 배출은 벨브(50) 및 저장소 또는 배수 파이프(51)를 구비한 배수 도관(49)에 연결된 반응기(20)의 제2 출구(48)에 연결된 배수 회로를 통해 수행된다. 예를 들어, 물 및 아세톤을 주입하기 위해, 두 개의 별도의 라인들을 사용하여 반응기에 그들을 도입할 수 있다.
광전 모듈(PV)는 예를 들어, 액체 혼합물을 가진 반응기(20)에 직접적으로 위치할 수 있다. 반응기는 그 후 폐쇄되고, CO2가 주입된다. 예열기(35)는 CO2 매체(medium)의 온도 상승을 용이하게 한다. 저온 유지 장치(cryostat, 33)와 결합된 고압 펌프(34)의 존재는 더 높은 압력에 도달하는 것을 가능하게 하여 CO2가 액체 상태에 있는 것을 보장한다. 처리 파라미터들, 즉 온도 Tr 및 압력 Pr,이 도달되면, 미리 결정된 기간(predetermined period) 동안 조절(adjustment)이 이루어진다. 이 단계의 마지막에서, 시스템은 냉각되고, 그 후, 반응기를 개방하기 전에 감압(depressurization)이 수행된다. 열화(degradation) 없이 다층 시스템의 다양한 분리된 층들 및 액체들의 혼합물이 그 후 회수된다. 방법의 마지막에 층들 또는 분리된 층들의 부분 집합은, 예를 들어, 액체 잔여물들을 제거하기 위해서, 그 후에 물로 세척되고 공기(주변 온도(ambient temperature), 압축 공기(compressed air) 또는 자연 공기(natural air)) 에서 건조된다. 상술된 액체 도입회로들을 통해 연속적인 처리(continuous treatment)를 위한 액체 혼합물을 도입하는 것 또한 가능할 것이다.
방법의 실행을 위해 사용되는 기체는, 예를 들어, 세 개의 기능들을 동시에 또는 동시가 아니도록 채운다(fills).
- 기체의 부피 및 온도를 조절함으로써 시스템 압력의 증가 및 유지를 가능하게한다,
- 다층 화합물에 액체들의 분산(diffusion)을 용이하게 하기 위해 유기 물질들의 팽윤(swelling)을 생성한다.
- 각각의 층 개별로 또는 다층 시스템을 구성하는 층들의 부분집합들 모두의 분리를 가능하게 한다.
비반응성 액체들의 혼합물은 각각의 층 단일 또는 다층 시스템을 포함하는 층들의 부분 집합들 모두를 분리하는 능력으로 선택될 것이고, 기체의 작용(action of the gas)에 추가하여, 위의 정의에 따라 후자에 의해 수행되는 기능에 관계없이, 그리고 다층 시스템의 관심 성분들의 변형 없이 선택될 것이다. 기체에 대한 액체 혼합물의 부피 비율(volume proportion)은 적어도 15%일 것이다.
층들 사이의 결합을 보장하는 접착제가 존재하는 경우, 액체들의 혼합물은 관심 성분들(components of interest)을 변화시키지 않으면서 접착제들(glues)의 용해(dissolution) 및/또는 추출을 가능하게 할 것이다.
처리를 수행하기 위한 압력 Pr 및 온도 Tr의 조건들은, 예를 들어, 다음의 범위들로부터 선택될 것이다; 온도 범위 [31°C, 150°C]; 압력 범위 Pr [5 MPa, 50 MPa]. 반응기가 상승되는 온도 Tr의 값은 다층 시스템의 층을 구성하는 성분들의 열화 온도 Tg 보다 낮게 선택 될 것이다.
액체들의 혼합물 또는 CO2와 혼합된 유체는, 다층 시스템을 구성하는 층들의 계면에서 CO2의 작용에 더하여 예를 들어, 에탄올(ethanol), 아세톤(acetone), 물(water) 등, 즉 각각의 층 단일 또는 다층 시스템을 포함하는 층들의 부분집합들 모두를 분리하는 효과를 가지고, 임의의 비반응성 유체를 포함할 것이다. 기체/액체 혼합물 유체 안의 이 액체들의 혼합물의 부피 비율은 적어도 15% 일 것이다.
처리를 위해 사용되는 액체 혼합물은, 예를 들어 아세톤을 포함하고, 처리 온도 Tr의 값은 적당히, 예를 들어, 90°C, 30°C 내지 150°C이다.
본 발명에 따른 방법은 온라인, 연속 또는 배치 방식(batchwise)으로 작동할 수 있다. 온라인 동작의 경우에, 온도 및 압력을 설정하는 단계들 또는 페이즈들, 회수된 성분들의 도입 및 “비우기(emptying)”는 해당 기술의 통상의 기술자에게 알려진 원리에 따라 수행될 것이다.
도 3a는 광전 모듈의 구조의 예를 제공한다. 모듈은 외부 PVDF(501)의 제1 층, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 또는 PET(502)의 제 2층, 제3 내부 PVDF 층(503), 에틸렌-비닐 아세테이트 또는 상부(higher) EVA 층(504), 태양 전지(505), 하부(lower) EVA 층(506) 및 유리 층(507)을 포함한다.
도 3b 및 3c는 CO2/아세톤 혼합물에서 처리 후에, 광전 모듈에 적용되는 경우에 백시트의 층들의 기계적 분리를 도시한다. 도 3b는 아래를 향하는 유리를 나타내는 반면, 도 3c는 위를 향하는 유리를 나타낸다. 또한, 백시트의 세 개의 층들이 더 나은 이해를 위해 나타난다. KPK 백시시트는 PVDF(Arkema에 의해 판매되는 Kynar®)의 층, PET의 층 및 PVDF(Kynar®)의 층으로 구성된 3층 필름이다. 다층 시스템의 기계적 분리 동안, 한쪽 면(510) 유리/EVA/태양 전지/EVA/Kynar® 어세블리가, 다른 쪽 면(520) PET/Kynar® 어셈블리가 회수된다. 태양 전지는 온전하게 남고, 유리/EVA/태양 전지/EVA 유닛을 형성하는 EVA에서 인캡슐레이션되고, EVA는 유리로부터 분리될 수 있다. 화학적 식각을 통해, 그 후 태양 전지를 회수하는 것이 가능하다.
또다른 실시예에 따르면, 유체는 CO2/물/아세톤 혼합물이다. 온도 Tr은 예를 들어 90°C이다. 도 4a 및 4b는 처리 후의 다층 시스템을 개략적으로 나타낸다. 도 4a는 아래로 향한 유리에 대응되고, 도 4b는 위로 향한 유리에 대응된다. 광전 모듈(601) 유리/EVA/태양 전지/EVA의 나머지로부터 플루오르화된 백시트(602)가 분리되는 것에 주목해야 한다. CO2/물/아세톤 유체에서 액체 혼합물의 양은, 예를 들어 15%이고, 물 대 아세톤의 비율은 0부터 100%까지 변할 수 있다.
도 5a 및 5b는 동일한 CO2/water/acetone 혼합물로 120°C의 온도 Tr에 대하여 획득된 결과를 나타낸다. 모듈의 모든 층들을 기계적으로 분리하는 것은 가능하다. 유리(701)는 다층 시스템의 나머지(remainder, 702)로부터 단순하고 깔끔하게 분리된다. 온도 Tr은 예를 들어, 90°C 내지 120°C에서 선택될 수 있다. 다음 단계는, 예를 들어, 광전 모듈의 모든 층들을 기계적으로 분리하는 것으로 구성된다. 처리는 동시에 백시트(702)를 구성하는 층들과 태양 전지의 인캡슐런트 및 태양 전지로 구성된 어셈블리(703)의 분리를 유도한다.
이러한 마지막 세 개의 명백한 변형 실시예들은 온도를 90°C 내지 120°C사이에 최적화 시킴으로써 PVDF 또는 Kynar® 층들의 낭비 또는 열화 없이 CO2/물/아세톤 혼합물을 사용하는 PV 모듈을 완전히 해체하는 것이 가능하게 한다.
비 플루오르화 백시트(non-fluorinated backsheet) 광전 모듈들을 재활용하는 경우, 온도 Tr은 60°C와 동등하게 선택될 수 있다. 처리는 백시트를 분리하기 위해서 60°C에서 CO2의 존재 또는 90°C에서 CO2/물 혼합물의 존재에서 수행될 수 있다. 120°C에서 CO2/물/아세톤 혼합물의 사용은 백시트의 분리 및 유리의 회수를 가능하게 할 것이다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 예를 들어 특히 CO2/물/아세톤 혼합물에 대해, 60°C, 90°C 정도의 낮은 온도에서 작업하는 것이 가능하다.
일반적으로, 본 발명에 따른 방법의 동작 파라미터들은 다음과 같다:
- 기체의 임계 온도, -예를 들어 CO2에 대해 31°C-, 를 초과하도록 선택된 최소 온도 Tmin와 시스템 성분들을 유지하도록 선택된 최대 온도 Tmax, -즉, 그들을 분해하지 않는, 즉, 예를 들어, 플루오르화 백시트를 가진 c-Si PV 시스템들에 대해 150°C인-, 사이의 온도
- 기체, 예를 들어 CO2, 의 임계 압력을 초과하여 고정된 압력 Pr
- 폐기물 및 장비의 성질 및 크기의 함수(function of the nature and size of the waste)인 온도 체류 시간(temperature dwell time), - 체류 시간은 0일 수 있고, 주어진 온도에서 상승/하강 시간은 분리를 보장하기 위해 선택된다.
- 기체/액체 혼합물(들)의 부피 조성(volume composition), 기체에 대한 액체들의 혼합물의 부피 비율은 -예를 들어, 액체들을 혼합하기 위한 물 및 아세톤으로- 적어도 15%일 것이다. 액체들/아세톤-물 혼합물의 성분들의 부피 비율들, -예를 들어, 80%의 아세톤 및 20%의 물의 비율을 가지는, 또는 아세톤에 대하여 0부터 100%까지 범위의 물의 비율을 가지는-
상술된 방법은 많은 다층 시스템들의 재활용에 실행될 수 있다. 다층 시스템은, 예를 들어, 하나 이상의 금속들로 코팅된 중합체 층으로 구성된 화장품 포쟁재 폐기물일 수 있다. 플라스틱 층 및 알루미늄 필름으로 구성된 제약 포장재 폐기물을 처리하는 것이 가능하고, 처리는 층들의 명확한 분리를 가능하게 한다.
방법은 또한 폐기물을 재활용하기 위해 사용된다. 예를 들어:
- 유기 층들 및 알루미늄 층의 어셈블리를 포함하는 츄잉 껌 포장재, -기계적 작용을 필요로 하지 않고 알루미늄 및 유기층들을 개별적으로 획득하기 위해-
- 층들의 성질의 사전 지식 없는 컴포트 포트(compote pot)의 포장재, -다양한 층들, 유기 층, 알루미늄 층 및 다른 유기층의 분리를 유도하는-
- PE/카드보드(cardboard)/PE/알루미늄/PE/PE로 구성된 신선한 크림 포장재 등.
방법은 또한 c-Si PV 셀들, OLED들(organic light emitting diodes), 디스플레이 장치들 등에 존재하는 층들을 분리하기 위해 사용될 수 있다.
이러한 폐기물의 처리를 위해, 이 폐기물은, 예를 들어, 상술된 두 개의 처리들을 거치기 전에 미리 잘릴(precut) 수 있다:
- 90°C 및 15 MPa에서의 초임계 CO2 처리
- 105°C 및 18MPa에서 CO2/물/아세톤 혼합물에서의 처리
예비 절단 단계는 특히, 시스템의 상이한 층들의 계면들에 기체/액체 혼합물 유체의 접근(access) 및 이에 따른 층들의 분리를 촉진 및/또는 허용하는 것을 가능하게 한다. 이것은 공정 시간을 감소시킬 수 있다. 또한, 다층 시스템들을 취급하는 것을 쉽게 한다.
금속 증착물로 코팅된 플라스틱 필름으로 구성된 화장품 포장재 폐기물의 처리를 위해서, 화장품 포장재 폐기물 상에 존재하는 금속을 용액 상태로 회수하는 것이 가능하다.
제약 포장재 처리의 경우에, 방법은 알루미늄을 회수하는 것을 가능하게 한다.
컴포트 포장재의 처리는 알루미늄으로부터 유기층들을 분리하도록 할 것이다.
방법과 관련된 에너지 비용들을 최소화하기 위해서, 그리고 층들의 특정 성분들의 열 분해를 피하기 위해서, 동작 온도는 합성물들의 열화 온도 Tg 미만으로 최대 150°C일 것이다. 이러한 방식으로, PVF 또는 PVDF 유형의 플루오르 중합체와 같은 독성 또는 환경적으로 유해한 화합물들을 생성하는 적어도 하나의 유기층을 포함하는 다층 시스템들을 처리하는 것이 가능하다. 만약 시스템의 층들의 분리가 요구하면 이 온도 값은 더 높은 온도로 방법의 사용을 제안하지 않는다.
본 발명에 따른 방법은 환경에 해를 끼치지 않고, 또는 최소한 환경에 영향을 최소화하면서 다층 시스템의 다양한 성분들을 회수하는 것을 유리하게 가능하게 한다. 이는 가정용 폐기물, 전자 폐기물을 포함하는 다양한 분야들에서 쓰임을 찾을 수 있다.
본 발명에 따른 방법은, 특히, 광학적 및 화학적 표면 특성들 모두를 유지하면서 유리를 쉽게 회수하는 것을 가능하게 한다.

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 유기층을 포함하는 몇 개의 층들을 포함하는 다층 시스템들(SM)을 박리/해체하는 방법에 있어서, 상기 층들은 계면들에 의해 분리되고, 적어도 다음의 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
    -상기 다층 시스템을 적어도 하나의 상기 층들의 팽윤을 일으키는 특수성을 가지는 적어도 하나의 기체를 포함하는 유체와 상기 층들의 상기 성분들의 열화 없이 상기 다층 시스템을 구성하는 층들의 부분 집합들의 또는 각각의 층의 단일 분리를 가능하게 하는 특수성을 가지는 하나 이상의 비반응성 액체들을 혼합하는 단계,-상기 기체/액체 유체는 온도 및 압력에 있어 상승되는-;
    -적어도 하나 이상의 층들 또는 열화되지 않은 층들의 부분 집합을 개별적으로 회수하는 단계
  2. 제1항에 있어서, 상기 처리 온도 Tr의 값은 상기 기체의 임계 온도 Tc 보다 크고, 상기 다층 시스템의 상기 층들의 열화 온도 Tg보다 낮게 선택되고, 상기 처리 압력 값 Pr은 상기 기체의 임계 압력 Pc 보다 높게 선택되고, 상기 기체에 대한 상기 액체의 혼합물의 부피 비율은 적어도 15%인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 내지 제2항 중 한 항에 있어서,
    30°C 내지 150°C 사이의 온도 및 5MPa 내지 50MPa 사이의 압력으로 동작되는 것을 특징으로하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서,
    상기 유체는 0부터 100%까지의 범위의 아세톤에 대한 물의 비율을 갖는 CO2/물/아세톤의 혼합물인 것을 특징으로하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 온도는 60°C 내지 130°C사이인 것을 특징으로하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 한 항에 있어서,
    상기 다층 시스템은 플루오르화 층, 포장재, 식품, 화장품 또는 제약 포장재, 또는 유기 전자 부품을 포함하는 광전 모듈인 것을 특징으로하는
    방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 한 항에 있어서,
    상기 다층 시스템들의 예비 절단하는 단계 및 층들 또는 분리 층들의 부분 집합들을 세척 및 건조하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로하는 방법.
  8. 적어도 하나의 유기층을 포함하는 몇 개의 층들을 포함하는 다층 시스템들을 박리/해체하는 장치에 있어서, 적어도 다음의 요소들을 조합하여 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
    - 적어도 상기 다층 시스템(SM)의 도입을 위한 제1 입구(21), 상기 층들의 분리를 일으키는 특성을 가지는 적어도 하나의 기체를 포함하는 유체의 도입을 위한 제2 입구(22), 및 액체 또는 비반응성 액체들의 혼합물을 위한 적어도 하나의 입구(21, 42)
    상기 방법의 마지막에서 상기 기체를 회수하기 위한 제1 출구(25)
    를 적어도 포함하는 반응기(20);
    - 상기 반응기(20)의 온도 설정 장치(30), -상기 기체/액체 혼합물의 상기 온도를 상승 시키기 위한-
  9. 제8항에 있어서,
    제1 도관(33)을 통해 냉각 장치(32)에 연결된 기체 저장소(31), 출력이 예열기(35)에 연결된 고압 펌프(34), -그 자체는 상기 제1 입구(22)에 연결된 기체 도입 도관을 구비한 제1 벨브(24)에 연결되는-, 인클로저(28)를 향하는 기체 배출 도관(26)
    을 포함하는 것을 특징으로하는 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 반응기(20)의 제2 입구(42)에 연결된 액체들을 도입하기 위한 하나 이상의 라인들, -라인은 제3 제어 벨브(44)를 갖춘 적어도 제2 도관(43), 저장소(47)에 저장된 상기 액체 혼합물을 수용하는 펌프(46), 벨브(50) 및 저장소 또는 배수 파이프(51)를 갖춘 도관(49)에 연결된 상기 반응기(20)의 제2 출구(48)에 연결된 배수 회로를 적어도 포함하는-
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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