KR20230031216A - 폐태양전지의 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 폐태양전지의 처리 방법은, 수지제의 백시트 등을 갖는 태양전지 모듈을 열분해로 내에서 가열함으로써, 태양전지 모듈에 포함되는 수지 성분을 용융하여 산화 분해시키는 가열 공정을 포함하는, 폐태양전지를 연속적으로 처리하는 방법으로서, 가열 공정이, 태양전지 모듈을, 다공질의 세라믹 지지체(A) 상에 재치(載置)하고, 또한, 세라믹 지지체(A)를, 천이 금속 산화물을 담지(擔持)시킨 다공질 재료(B) 상에 재치한 상태에서, 열분해로의 입구에서 출구를 향해 로 내를 이동시킴으로써 행해지는 것, 및 열분해로 내가, 태양전지 모듈의 온도가 상승하는 단계의 승온부와, 수지 성분이 산화 분해하는 단계의 연소부를 포함하고, 연소부에 있어서의 산소 농도를 6vol% 이상 15vol% 미만의 범위로 제어하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은, 폐태양전지의 처리 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 태양전지 모듈에서 백시트 및 봉지용(封止用) 수지층 등의 수지 성분을 제거하여, 유리, 셀, 은 및 알루미늄 프레임 등으로 분리하여 유가물(有價物)을 회수하는 방법에 관한 것이다.
저탄소 사회의 실현을 향해, 태양광 발전을 비롯한 재생 가능 에너지의 활용에 의한 CO2 삭감의 가속화가 진행하려고 하고 있다. 태양광 발전의 도입이 대폭으로 진행하는 한편, 태양전지 모듈의 폐기시에 있어서의 리사이클의 과제가 지적되고 있다.
일반적인 태양전지 모듈의 구조는, 표면이 강화 유리, 내측에 봉지용 수지층, 이면이 백시트인 3층으로 되어 있다. 봉지용 수지층에는, 태양전지 셀끼리를 잇는 전선(인터코넥터)이 배선되어 있다. 봉지용 수지는, 투명성, 유연성, 접착성, 인장 강도, 및 내후성 등이 요구되며, 에틸렌아세트산비닐 공중합체(이하 「EVA」로 약기한다)가 일반적으로 이용되고 있고, 가열 및 가압함으로써 강화 유리, 셀 및 백시트를 접착시키는 역할을 담당하고 있다. 이 태양전지 모듈을 산화성 분위기 하에서 전기로 등에 의해 가열해 가면, 80~120℃에서 EVA가 용융하고, 350℃ 부근에서 EVA의 탈아세트산 반응이 일어나고, 450℃ 부근에서 주쇄인 폴리에틸렌 부분의 열분해 반응이 급격하게 일어난다. 이와 같이 열분해시켜, 태양전지 모듈을 리사이클하는 기술이 개시되어 있다(특허문헌 1, 2 참조).
그러나, 450℃ 부근의 열분해 반응은 폭발적으로 일어나므로, 1m×2m 정도의 크기의 태양전지 모듈을 열분해하는 것은, 화재의 원인도 되어, 대규모화에는 부적합했다. 이 기술 과제를 해결하기 위해서, 로 내의 산소 농도를 1.0체적% 이상 3.0체적% 이하로 유지한 연속식 열처리로에 반송하고, 300~400℃로 설정된 예비 가열 분해부에서 EVA 분해 가스의 일종인 아세트산 가스를 방출 제거하고, 계속해서 400~550℃로 설정된 열처리부에서 아세트산 이외의 EVA 분해 가스를 탈리시켜 상기 태양전지 소자에서 EVA 봉지재를 제거하여, 셀부와 유리 기판을 분리하는 공정을 포함하는 태양전지 소자구성 재료의 회수 방법이 개시되어 있다(특허문헌 3 참조).
또한, 본 출원인은, 수지제의 백시트 및 봉지용 수지층을 갖는 태양전지 모듈에서 유가물을 회수하는 방법으로서, 내열성의 다공질 성형체 상에 상기 백시트면을 하측으로 하여 태양전지 모듈을 적재하는 적재 공정과, 산소 농도 15% 이상의 산화성 분위기 하의 가열로 내에서, 상기 태양전지 모듈과 상기 다공질 성형체를 포함하는 적재물을 가열하여 수지 성분을 용융한 후, 연소시키는 가열 공정을 포함하는 방법을 제안하고 있다(특허문헌 4 참조).
고분자 논문집, Vol. 64. No. 9(2007)
특허문헌 3에서 제시되어 있는 방법에서는, 급격한 연소 반응을 일으키지 않도록 산소 농도를 매우 낮게 제어하여 2단계의 가열 조건에 의해 EVA 등의 수지 성분을 열분해시키고 있다. 그러나, 특허문헌 3의 조건에 의한 로 내의 산소 농도나 온도 제어는 복잡하고, 매우 운전에 기술을 요하기 때문에 간편한 방법이라고는 할 수 없다.
또한, 특허문헌 1~3이 출원된 초기의 태양전지의 백시트의 재질은, 내후성을 갖는 폴리불화비닐(이하 「PVF」로 약기한다)이 대부분이었지만, 현재에는 보다 저렴한 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하 「PET」로 약기한다)가 주류가 되어, PET 단층이나, PVF 또는 폴리불화비닐리덴(이하 「PVDF」로 약기한다) 등의 불소계 수지로 라미네이트한 PVF/PET, PVDF/PET, PVF/PET/PVF, PVDF/PET/PVDF와 같은 2층 또는 3층의 백시트도 많이 사용되고, PET를 사용하고 있는 백시트가 대부분을 차지하고 있다.
PVF나 PVDF와 같은 불소계 수지는, EVA와 동급의 온도에서 열분해하기 때문에, 종래의 열분해 방법에서도 문제는 없지만, PET는 250℃에서 용융하고, 400℃ 부근에서 열분해가 시작하여, 벤젠환과 에스테르기를 갖기 때문에, 열분해 반응이 다방면에 걸쳐 있다. 벤젠환끼리가 복잡하게 결합한 탄화물도 부생하여, 새까만 「그을음」이 생겨 버리는 경우가 있으며, 「그을음」이 부착한 유리는, 재이용하는 것이 곤란하다. 또한, 850℃에서 연소시킨 경우여도, 이 「그을음」의 잔사량이 9% 남는 경우도 보고되어 있다(비특허문헌 1 참조).
따라서, 산소 농도를 내리는 특허문헌 3의 기술에서는, EVA는 열분해할 수 있었다고 해도 PET는 완전하게는 열분해되지 않기 때문에, PET가 들어간 백시트가 사용된 태양전지 모듈을 가열 처리하면 「그을음」 투성이가 되어 버림과 함께, 백시트에 포함되어 있던 산화티타늄이나 탄산칼슘 등의 무기 분체도 잔류하기 때문에, 유가물을 리사이클하기 위해서는 더 고도의 분리 기술이 필요로 되고 있었다.
한편, 특허문헌 4의 방법에서는, 로 내에 천이 금속 산화물을 담지(擔持)시킨 내열성 재료를 배치함으로써, PET 등의 방향족계 수지를 연소시켰을 때의 「그을음」의 발생을 억제하는 것이 가능해져, 태양전지 모듈에 있어서 재이용할 수 있는 유가물을 용이하게 회수할 수 있는 처리를 하는 것이 가능해졌다. 그러나, 산소 농도 15% 이상의 산화성 분위기에서 태양전지 모듈을 연속식으로 가열 처리를 하고자 하면, 화염을 동반한 폭발적인 연소에 의한 온도의 급상승에 의해, 온도 제어가 상한으로 크게 흔들려 버려, 안정적인 처리가 어렵고, 그 결과, 처리 코스트가 상승하거나, 처리가 불완전해지거나 하는, 배치식에 의한 처리에서는 발견되지 않았던 새로운 과제가 밝혀졌다.
이상으로부터, 본 발명은, 수지제의 백시트 등을 갖는 태양전지 모듈에 포함되는 유가물을 리사이클하기 위해서, 안정적인 온도 제어에 의해 폐태양전지를 연속식으로 처리하는 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 검토를 행했다. 그 결과, 태양전지 모듈을, 다공질의 세라믹 지지체 상에 재치(載置)하고, 또한, 상기 세라믹 지지체를, 천이 금속 산화물을 담지시킨 다공질 재료 상에 재치한 상태에서, 상기 열분해로의 입구에서 출구를 향해 로 내를 이동시킴으로써 연속식으로 가열 처리를 행함과 함께, 수지 성분이 산화 분해하는 단계의 연소부에 있어서의 산소 농도를 특정의 범위로 제어함으로써, 수지 성분을 부드럽게, 또한, 안정적으로 연소시켜 제거할 수 있고, 그 결과, 안정적인 온도 제어로 처리할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은, 수지제의 백시트 및 봉지용 수지층을 갖는 태양전지 모듈을 열분해로 내에서 가열함으로써, 상기 태양전지 모듈에 포함되는 수지 성분을 용융하여 산화 분해시키는 가열 공정을 포함하는, 폐태양전지를 연속적으로 처리하는 방법으로서, 상기 가열 공정이, 상기 태양전지 모듈을, 다공질의 세라믹 지지체(A) 상에 재치하고, 또한, 상기 세라믹 지지체(A)를, 천이 금속 산화물을 담지시킨 다공질 재료(B) 상에 재치한 상태에서, 상기 열분해로의 입구에서 출구를 향해 로 내를 이동시킴으로써 행해지는 것, 및 상기 열분해로 내가, 상기 태양전지 모듈의 온도가 상승하는 단계의 승온부와, 상기 수지 성분이 산화 분해하는 단계의 연소부를 포함하고, 상기 연소부에 있어서의 산소 농도를 6vol% 이상 15vol% 미만의 범위로 제어하는 것을 특징으로 하는 폐태양전지의 처리 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는, 발화하기 전에 용융한 EVA 및 PET 등의 수지 성분이 내열성의 다공질 성형체에 침입함으로써 표면적이 넓어지고, 부드럽게 연소하기 때문에, 급격한 연소 반응이 일어나지 않고, 안정적으로 연소시킬 수 있다. 또한, PET 등의 방향족계 수지를 연소시켰을 때의 「그을음」의 발생을 억제하는 것이 가능해져, 태양전지 모듈에 있어서 재이용할 수 있는 유가물을 용이하게 회수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시태양을 나타내는 모식도(알루미늄 프레임 있음).
도 2는 본 발명의 일 실시태양을 나타내는 모식도(알루미늄 프레임 없음).
도 3은 실시예 및 비교예에서 이용한 열분해로의 개략을 나타내는 모식도.
도 4는 실시예 및 비교예에 있어서의 로 내 온도 및 산소 농도의 변화를 나타내는 그래프.
도 2는 본 발명의 일 실시태양을 나타내는 모식도(알루미늄 프레임 없음).
도 3은 실시예 및 비교예에서 이용한 열분해로의 개략을 나타내는 모식도.
도 4는 실시예 및 비교예에 있어서의 로 내 온도 및 산소 농도의 변화를 나타내는 그래프.
이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 폐태양전지의 처리 방법은, 수지제의 백시트 및 봉지용 수지층을 갖는 태양전지 모듈을 열분해로 내에서 가열함으로써, 상기 태양전지 모듈에 포함되는 수지 성분을 용융하여 산화 분해시키는 가열 공정을 포함하는, 폐태양전지를 연속적으로 처리하는 방법으로서,
상기 가열 공정이, 상기 태양전지 모듈을, 다공질의 세라믹 지지체(A) 상에 재치하고, 또한, 상기 세라믹 지지체(A)를, 천이 금속 산화물을 담지시킨 다공질 재료(B) 상에 재치한 상태에서, 상기 열분해로의 입구에서 출구를 향해 로 내를 이동시킴으로써 행해지는 것, 및
상기 열분해로 내가, 상기 태양전지 모듈의 온도가 상승하는 단계의 승온부와, 상기 수지 성분이 산화 분해하는 단계의 연소부를 포함하고, 상기 연소부에 있어서의 산소 농도를 6vol% 이상 15vol% 미만의 범위로 제어하는 것을 특징으로 한다.
<가열 공정>
본 발명의 처리 방법에 있어서의 가열 공정은, 수지제의 백시트 및 봉지용 수지층을 갖는 태양전지 모듈을 열분해로 내에서 가열함으로써, 태양전지 모듈에 포함되는 수지 성분을 용융하여 산화 분해시키는 공정이다.
상기 가열 공정에서는, 태양전지 모듈을, 다공질의 세라믹 지지체(A) 상에 재치하고, 또한, 상기 세라믹 지지체(A)를, 천이 금속 산화물을 담지시킨 다공질 재료(B) 상에 재치한 상태(도 1 참조)에서, 열분해로의 입구에서 출구를 향해 로 내를 이동시킨다. 이 때, 백시트면을 하측으로 하여, 태양전지 모듈을 세라믹 지지체(A) 상에 재치하는 것이 바람직하다. 또한, 폐태양전지의 처리 효율을 높이기 위해서, 열분해로 내에서 가열되고 있는 상태의 태양전지 모듈이 복수 존재하도록, 복수의 태양전지 모듈을 연속적으로 이동시키는 것이 바람직하다. 또, 태양전지 모듈, 세라믹 지지체(A) 및 다공질 재료(B)로 이루어지는 피처리물을 가열 처리할 때에는, 로 내의 이동에 있어서 이들의 재치가 붕괴되거나, 전도하거나 하는 것을 방지하기 위해서, 격자가 들어간 철제의 트레이 등에 넣어도 된다.
상기 가열 공정에 있어서, 열분해로 내는, 태양전지 모듈의 온도가 상승하는 단계의 승온부와, 상기 수지 성분이 산화 분해(연소)하는 단계의 연소부를 포함한다. 통상, 열분해로의 입구측이 승온부가 되고, 출구측이 연소부가 되지만, 태양전지 모듈이 로 내의 입구측에서 출구측으로 이동함에 따라, 온도가 상승하여 상기 수지 성분이 용융하여, 산화 분해하는 것이면, 열분해로 내에 있어서의 승온부와 연소부의 경계는 명확할 필요는 없다.
본 발명에 있어서의 연소란, 태양전지 모듈을 구성하는 백시트 및 봉지용 수지층 등에 포함되는 EVA 및 PET 등과 같은 유기물이 분위기 중의 산소와 반응하는 산화 반응의 것이다.
따라서, 연소 온도는, 백시트를 구성하는 수지에 따라 적의 결정되는 것이지만, 바람직하게는 425~575℃이다. 425℃ 이상이면, EVA 및 PET의 열분해 온도보다도 높아져 연소가 일어난다. 또한 575℃ 이하이면 급격한 연소를 억제할 수 있어, 태양전지 모듈의 유리가 파손하는 것을 방지할 수 있다.
또, 상기 용융은, 상기 연소 온도보다 낮은 온도에서 일어나기 시작한다. 상기 연소 온도를 얻기 위해서는, 태양전지 모듈의 온도는 열분해로에 들어가기 전의 실온에서 승온해 가는 것이 일반적이며, 이 승온 과정에서 용융 온도를 얻을 수 있다.
상기 가열 공정에 있어서의 가열은, 배기 가스의 처리 등을 고려하여 열분해로 내에서 행해야 한다. 상기 열분해로로서는, 상기 연소 온도를 얻을 수 있고, 또한, 다공성 재료(B), 세라믹 지지체(A) 및 태양전지 모듈을 포함하는 피처리물을 투입할 수 있는 가스로 또는 전기로 등의 열분해로이면 특히 한정되지 않고, 공지의 열분해로를 사용할 수 있다.
열분해로 내를 가열하는 방법으로서는, 상기 연소 온도를 얻을 수 있으면 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 가스로의 경우, 산소 함유 가스를 가스 버너 등으로 가열하여 열분해로 내를 순환시키는 방법을 들 수 있다. 산소 함유 가스로서는, 예를 들면, LP 가스나 도시 가스 등의 연소성 가스와 공기의 혼합 가스 등을 들 수 있다.
상기 가열 공정에 있어서, 상기 연소부에 있어서의 산소 농도를 6vol% 이상 15vol% 미만의 범위로 제어함으로써, 수지 성분을 부드럽게, 또한, 안정적으로 연소시켜 제거할 수 있다. 상기 산소 농도의 하한값은, 바람직하게는 7vol%, 보다 바람직하게는 8vol%이고, 상한값은, 바람직하게는 14.8vol%, 보다 바람직하게는 14.5vol%이다. 또, 산소 농도가 순간적으로 상기 범위에서 벗어났다고 해도, 곧바로 상기 범위로 제어할 수 있으면, 조업적으로는 특히 문제는 되지 않는다.
상기 연소부에 있어서의 산소 농도의 제어 방법으로서는, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 산소 함유 가스로서 LP 가스와 공기의 혼합 가스를 이용한 가스로의 경우, 연소부에 있어서의 산소 농도에 따라, 공기의 혼합 비율을 조절할 수 있다.
본 발명의 방법에서는, 상기 가열 공정 후에, 상기 세라믹 지지체(A) 상에 남겨진 유가물을 회수하는 것이 바람직하다. 상기 유가물은, 바람직하게는 유리, 셀, 은 및 알루미늄 프레임 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종이다. 또, 상기 은은, 예를 들면, 전극 등에 유래하는 것이다.
본 발명의 방법에서는, 상기 유가물을 효율적으로 회수하기 위해서, 열처리 전에 태양전지 모듈과 상기 세라믹 지지체(A)의 사이에, 연소시에 용융한 수지가 세라믹 지지체(A)로 이동하는 것을 방해하지 않도록 하는 쇠망 등을 설치하여, 처리 후의 유가물을 쇠망째 회수하는 것도 유효하다. 왜냐하면, 봉지대인 수지가 용융, 연소한 후의 처리물은, 유리, 셀 등이 세라믹 지지체 상에 흩어진 상태가 되어 버려 회수가 어려워지기 때문이다.
<태양전지 모듈>
본 발명에 적용할 수 있는 태양전지 모듈은, 양면 유리 타입이 아닌 수지제의 백시트를 갖는 태양전지 모듈이면, 모두 이용할 수 있다. 구체적으로는, 단결정 실리콘 태양전지, 다결정 실리콘 태양전지, 아모퍼스 실리콘 태양전지, 헤테로 접합형 태양전지, CIS 태양전지, CIGS 태양전지, CdTe 태양전지 등을 들 수 있다. 태양전지 모듈의 알루미늄 프레임에 대해서는, 알루미늄 프레임의 크기에 맞춰 세라믹 지지체(A)를 절단할 필요가 없어 작업이 간편해진다는 이점에서, 열분해 전에 알루미늄 프레임을 제거해도 되고, 제거시에 유리가 깨질 가능성을 저감하기 위해서 열분해 후에 제거해도 된다.
<세라믹 지지체(A)>
본 발명에 적용할 수 있는 다공질의 세라믹 지지체(A)는, 후술하는 연소 온도(구체적으로는 425℃~575℃ 정도)에서 안정하고, 다공 구조를 갖고 있으면 하등 제한없이 사용할 수 있다. 구체적인 재료로서는, 알루미나, 지르코니아, 질화규소, 탄화규소, 코디어라이트, 페라이트, 티탄산바륨, 티탄산지르콘산납, 포스테라이트, 지르콘, 뮬라이트, 스테아타이트, 질화알루미늄 등의 안정 또한 일반적인 세라믹 재료를 들 수 있다.
다공질 재료의 공경은 특히 제한은 없지만, 450℃ 부근에서 EVA 및 PET 등이 용융했을 때에 침입하기 쉬운 0.1~5mm 정도가 호적(好適)하다. 표면의 셀수도 특히 제한은 없지만, 5~50pixel per inch(이하 「ppi」로 약기한다)의 것이 바람직하다. 공공율도 하등 제한은 없지만, 50~95% 정도의 것이 바람직하다. 특히 연속 기공의 3차원 골격 구조의 것을 호적하게 사용할 수 있다.
세라믹 지지체(A)의 형상으로 해도 특히 제한은 없지만, 태양전지에 사용되어 있는 수지가 낙하하지 않도록 배치하기 위해서, 판상의 것을 호적하게 사용할 수 있다. 또한, 용융한 수지 성분이 상기 세라믹 지지체(A)의 외부로 누출함에 의한 「그을음」의 발생을 억제할 수 있는 관점에서, 상기 세라믹 지지체(A)의 백시트를 적재하는 면의 크기(면적)는, 알루미늄 프레임을 벗어나지 않는 경우, 알루미늄 프레임 내에 담기는 범위 내에서 가능한 한 큰 것이 바람직하고(도 1 참조), 태양전지 모듈에서 알루미늄 프레임을 벗어나 있는 경우, 백시트의 저부 면적보다 큰 쪽이 바람직하다(도 2 참조).
세라믹 지지체(A)의 두께에 대해서도 하등 제한은 없지만, 10~60mm 정도의 것이 호적하다.
상기와 같은 세라믹 지지체(A)로서는, 알루미나, 탄화규소 및 코디어라이트제의 세라믹 폼, 세라믹 필터 또는 세라믹 폼 필터로 불리는 제품이 호적하다.
본 발명의 방법에 의해 폐태양전지를 처리할 때에, 상기 태양전지 모듈을, 그 백시트면을 하측으로 하여, 상기 세라믹 지지체(A) 상에 재치한다. 백시트면을 하측으로 함으로써, 백시트 및 봉지용 수지층을 구성하는 수지 성분이, 가열에 의해 용융하고, 이어서, 중력의 작용에 의해 세라믹 지지체(A)의 방향으로 유출한다.
세라믹 지지체(A)는, 다공질인 점에서, 흘러내린 수지는 열분해로 내의 분위기와의 접촉 면적이 커진다. 그 때문에, 추가적인 가열에 의한 연소의 효율이 높아져, 「그을음」의 발생을 억제할 수 있다.
<다공질 재료(B)>
본 발명에서 이용되는, 천이 금속 산화물을 담지시킨 다공질 재료(B)에 있어서, 천이 금속 산화물은, 산화 상태에서는 산소를 흡착하고, 방향족계 수지가 연소 중에 산화 분해되어 생기는 방향환을 갖는 유기 화합물을 분해하는 능력을 갖는다. 예를 들면, 산화크롬(III)은, 실온에서는 환원 상태가 되어 선록색(鮮綠色)이지만, 산소가 있는 상황 하에서 400℃ 이상으로 가열하면, 산소를 흡착하여 산화 상태인 흑녹색(黑綠色)으로 변색한다.
본 발명자들은, 상기 세라믹 지지체(A)(예를 들면, 세라믹 필터)와 마찬가지의 세라믹 지지체에 산화크롬(III)을 코팅시켜 로 내에 배치했더니, 세라믹 필터에 부착하는 「그을음」이 거의 발생하지 않는 것을 발견했다. 이것은, 방향환을 갖는 유기 화합물이 천이 금속 산화물에 의해 분해됨으로써, 「그을음」의 발생이 억제되었다고 생각된다. 이 현상은, 산화철(III), 산화구리(II) 및 산화티타늄(IV) 등에 있어서도 동일한 현상이 일어나는 것을 알 수 있었다.
이상의 점에서, 백시트를 구성하는 수지의 적어도 일부가, PET 등과 같은 방향족계 수지(반복 단위의 일부로서 방향족기를 갖는 수지)인 경우에, 「그을음」의 발생을 억제할 수 있는 관점에서, 로 내에 상기 천이 금속 산화물을 존재시켜 두는 것이 호적하다.
상기 천이 금속 산화물로서는, 예를 들면, 스칸듐, 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 이트륨, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 테크네튬, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 카드뮴, 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬, 하프늄, 탄탈륨, 텅스텐, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 백금, 금, 수은의 산화물을 하등 제한없이 사용할 수 있다.
이들 중에서도, 바람직하게는 스칸듐, 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리의 제1 천이 원소의 산화물, 이트륨, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 테크네튬, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은의 제2 천이 원소의 산화물, 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬, 하프늄, 탄탈륨, 텅스텐, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 백금, 금의 제3 천이 원소의 산화물을 들 수 있고, 보다 바람직하게는 루틸형 또는 아나타제형의 산화티타늄(IV), 산화크롬(III), 산화철(III) 및 산화구리(II) 등의 천이 금속 산화물을 호적하게 이용할 수 있다. 이들은 복합 산화물의 상태여도 된다.
상기 천이 금속 산화물은, 접촉 면적을 크게 하기 위해서, 다공질 재료(B)에 담지시켜 로 내에 존재시켜 두는 것이 호적하다. 당해 다공질 재료(B)로서는, 상기 세라믹 지지체(A)와 동일하게 수지 성분의 연소 온도에서 안정하면 좋고, 마찬가지의 재질의 것을 들 수 있다. 다공질 재료(B)의 형상은 특히 한정되지 않고, 소위, 촉매의 담체(擔體)로 할 수 있는 것이면 특히 한정은 되지 않지만, 상기 태양전지 모듈을 재치하는 세라믹 지지체(A)와 마찬가지의 판상의 다공질 성형체인 것이 보다 바람직하다.
상기 천이 금속 산화물을 다공질 재료에 담지시키는 방법은, 공지의 기술을 하등 제한없이 이용할 수 있다. 구체적으로는, 천이 금속 산화물을 포함하는 용액에 다공질 재료를 딥 코팅, 워시 코팅, 스프레이 코팅 또는 스핀 코팅 등을 이용하여 함침 담지시키는 방법이 일반적이다. 그 후, 용액의 비점 이상까지 가온함으로써 용액을 제거하는 방법이 가장 간단하다. 또한, 천이 금속 산화물을 용융시킨 것을 다공질 재료에 분사시키는 용사(溶射) 기술을 이용해도 된다.
본 발명에서는, 상기 천이 금속 산화물을 담지시킨 다공질 재료(B)에, 태양전지 모듈을 재치한 세라믹 지지체(A)를 재치한다.
또, 천이 금속 산화물을 담지시킨 다공질 재료(B)를, 태양전지 모듈에 직접 접촉시키지 않도록 하는 태양으로 하는 것이 바람직하고, 특히 태양전지 모듈보다도 하측에 배치하여 직접 접촉시키지 않도록 하는 태양으로 하는 것이 보다 바람직하다. 왜냐하면, 태양전지 모듈의 백시트 등에 포함되는 충전재 등의 비연소성 성분에 의한 다공질 재료(B)에의 오염을 발생시키기 어렵게 하여, 천이 금속 산화물을 담지시킨 다공질 재료(B)를 반복 사용할 때에, 재생 처리 등을 할 필요가 없어지기 때문이다.
상기 다공질 재료(B)의 크기로서는, 태양전지 모듈을 포함하는 피처리물의 안정성의 관점에서, 다공질 재료(B)의 적재면이, 상기 세라믹 지지체(A)의 저부(底部) 면적과 동 정도 이상이면 바람직하다. 상기 다공질 재료(B)의 두께로서는, 10~60mm 정도의 것이 호적하다.
[실시예]
이하, 실시예에 기하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 하등 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
도 3에 나타내는 열분해로(20)를 이용하여, 태양전지 모듈(7)을 포함하는 피처리물(23)을, 열분해로부(22)의 좌측(입구측)에서 우측(출구측)을 향하여 로 내를 체인 컨베이어(24)로 이동시킴으로써 가열 처리를 행했다.
태양전지 모듈(7)로서는, REC제 「REC 솔라패널」(셀 타입: RECPE 다결정 태양전지 셀, 사이즈: 1,665mm×991mm×38mm)을 이용하여 실험을 행했다. 알루미늄 프레임(10), 정션 박스 및 커넥터는, 가열 처리 전에 스크레이퍼와 햄머를 이용하여 유리가 흠집나지 않도록 제거했다.
세라믹 지지체(A)(2)로서의 세라믹 필터는, 세이센필터제 FCF-2(탄화규소제) 10ppi 400mm×300mm×30mmt(공공율 87.8%)를 이용했다.
와코1급 산화크롬(III)(후지필름와코준야쿠가부시키가이샤제)을 물에 현탁시키면서 교반하고, 상기 세라믹 필터를 침지시켜 딥 코팅을 행하고, 450℃에서 건조시켜 다공질 재료(B)(1)를 얻었다. 코팅하기 전의 질량은 1,480g이고, 코팅하고 건조시킨 후의 질량은 1,790g이었다.
격자가 들어간 2,100mm×1,210mm×50mm의 철제 트레이를 제작하고, 산화크롬을 코팅시킨 세라믹 필터 21매를 사용하여, 최하단에 2,100mm×1,200mm×30mmt의 다공질 재료(B)(1)를 설치했다. 그 위의 중단에 400mm×300mm×30mmt의 세라믹 필터 21매를 사용하여 2,100mm×1,200mm×30mmt의 세라믹 지지체(A)(2)를 설치했다. 또한, 그 위에, 상기 태양전지 모듈(7)을, 백시트(3)가 하측이 되도록 설치했다.
열분해로(20)로서는 가스로를 사용했다. 당해 가스로로서, 택트 이송 체인 블로우식의 로 길이 5,400mm, 로 내폭 2,300mm, 로 내 높이 280mm의 열풍 순환식 열처리 장치를 이용했다. 가스 버너부(21)에는 메탈릭 버너 MJPE―200K를 이용하여, LP 가스와 공기의 혼합 가스를 연소시켜 가열했다. 가열한 혼합 가스를 아다치키코제 「6.0-LF 리미트로드팬」(450㎥/분, 2.0kPa, 30kW)으로 열분해로부(22)의 하측에서 슬릿으로 압축하여 공급하고, 다공질 재료(B)(1)에 세차게 분사하여, 열교환할 수 있도록 하여, 순환된 가열 가스의 일부를 배기했다.
상기와 같이 하여 준비한, 태양전지 모듈(7), 세라믹 지지체(A)(2) 및 다공질 재료(B)(1)로 이루어지는 피처리물(23)을, 열분해로부(22)의 입구측에서 출구측을 향하여 로 내의 3구간을, 각각 6.5분간 유지시켜 택트 이송하며, 합계 19.5분간, 열분해로(20)로 가열 처리를 행했다. 입구측이 승온부(27)가 되고, 태양전지 모듈(7)에 포함되는 수지 성분이 연소하는 존이 연소부(28)가 된다. 또, 중단의 세라믹 지지체(A)(2)의 상부 중심에 열전대식 온도계를 꽂아, 피처리물(23)의 온도의 측정을 행했다.
가열 처리는, 산소 농도 측정부(26)에 의해 연소부(28)의 산소 농도를 6vol% 이상 15vol% 미만의 범위가 되도록, 공급하는 혼합 가스에 있어서의 공기의 비율을 조정하고, 또한, 연소부(28)에 있어서의 피처리물(23)의 온도가 470℃ 이상이 되도록, 공급하는 혼합 가스의 가열 온도 및 공급량을 조정했다.
상기와 같이 하여 가열 처리를 행한 결과, 도 4에 나타내는 바와 같이, 가열 처리시의 연소부(28)에 있어서의 산소 농도를 6vol% 이상 15vol% 미만의 범위로 제어함으로써, 로 내의 온도는 470~530℃의 범위에서 안정적으로 제어할 수 있었다. 즉, 저산소 분위기 하에서는, 화염을 동반하지 않는 완만한 연소에 의해 안정적인 온도 제어 및 피처리물(23)의 처리가 가능한 것이 판명되었다. 가열 처리 후, 강화 유리(6)는 깨지지 않고 회수할 수 있고, 셀(5) 및 무기 분체도 회수할 수 있었다. 또한, 다공질 재료(B)(1)로서 이용한 최하단의 세라믹 필터에 「그을음」의 부착이 보이지 않았다.
[비교예 1]
산소 농도 측정부(26)에 의해 연소부(28)의 산소 농도를 15vol% 이상의 조건으로 변경한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 태양전지 모듈(7)을 포함하는 피처리물(23)의 가열 처리를 행했다. 그 결과, 도 4에 나타내는 바와 같이, 화염을 동반한 폭발적인 연소에 의해 로 내 온도가 급상승했기 때문에, 공급 가스의 공급량을 억제시키는 등의 대응이 필요해졌다. 즉, 통상의 산소 분위기 하에서는, 로 내 온도를 안정적으로 제어하는 것이 어렵고, 그 결과, 처리 코스트가 상승하는 것이 판명되었다.
1: 천이 금속 산화물을 담지시킨 다공질 재료(B)
2: 다공질의 세라믹 지지체(A)
3: 백시트
4: 봉지용 수지층(EVA)
5: 셀
6: 강화 유리
7: 태양전지 모듈(X)
8: 선반 또는 쇠망
9: 가스로 또는 전기로
10: 알루미늄 프레임
20: 열분해로
21: 가스 버너부
22: 열분해로부
23: 피처리물
24: 체인 컨베이어
25: 온도 측정부
26: 산소 농도 측정부
27: 승온부
28: 연소부
2: 다공질의 세라믹 지지체(A)
3: 백시트
4: 봉지용 수지층(EVA)
5: 셀
6: 강화 유리
7: 태양전지 모듈(X)
8: 선반 또는 쇠망
9: 가스로 또는 전기로
10: 알루미늄 프레임
20: 열분해로
21: 가스 버너부
22: 열분해로부
23: 피처리물
24: 체인 컨베이어
25: 온도 측정부
26: 산소 농도 측정부
27: 승온부
28: 연소부
Claims (3)
- 수지제의 백시트 및 봉지용(封止用) 수지층을 갖는 태양전지 모듈을 열분해로 내에서 가열함으로써, 상기 태양전지 모듈에 포함되는 수지 성분을 용융하여 산화 분해시키는 가열 공정을 포함하는, 폐태양전지를 연속적으로 처리하는 방법으로서,
상기 가열 공정이, 상기 태양전지 모듈을, 다공질의 세라믹 지지체(A) 상에 재치(載置)하고, 또한, 상기 세라믹 지지체(A)를, 천이 금속 산화물을 담지(擔持)시킨 다공질 재료(B) 상에 재치한 상태에서, 상기 열분해로의 입구에서 출구를 향해 로 내를 이동시킴으로써 행해지는 것, 및
상기 열분해로 내가, 상기 태양전지 모듈의 온도가 상승하는 단계의 승온부와, 상기 수지 성분이 산화 분해하는 단계의 연소부를 포함하고, 상기 연소부에 있어서의 산소 농도를 6vol% 이상 15vol% 미만의 범위로 제어하는 것을 특징으로 하는 폐태양전지의 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 열분해로 내에서 가열되고 있는 상태의 상기 태양전지 모듈이 복수 존재하는, 폐태양전지의 처리 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가열 공정 후에, 상기 세라믹 지지체(A) 상에 남겨진 유가물(有價物)을 회수하는, 폐태양전지의 처리 방법.
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