Kritik mineral gereksinimlerine gelecek vadeden katkı: Fotovoltaik modül geri dönüşümünde çevreye duyarlı bir proses geliştirme
Up-and-coming contribution to critical mineral requirements: developing an environmentally conscious process in photovoltaic module recycling
- Tez No: 940574
- Danışmanlar: PROF. DR. MELİH SONER ÇELİKTAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Güneş Enerjisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 102
Özet
Fotovoltaik (PV) modüllerin sınırlı ömür süresi sebebiyle, dünya genelinde oluşturmakta olduğu yoğun atık potansiyeli katlanarak artmaya devam ederken; sınırlı hammadde kaynakları, teknolojinin gelişimine ve üretim talebine bağlı olarak tükenme tehlikesi ile karşı karşıyadır. Atık haline gelen PV modüllerin içindeki kritik minerallerin geri dönüştürülmemesi durumunda, meydana gelmesi potansiyel çevresel ve ekonomik yükler karşısında ülkelerin zor bir duruma düşmesi kaçınılmazdır. Bu sebeple, geri dönüşüme hizmet eden, bilimsel çalışmalar, endüstriyel girişimler ve yasal mevzuatlar çerçevesinde katkılar sağlayacak çözüm önerilerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez çalışmasında,“Hidrotermal Subkritik Delaminasyon”,“Yalnızca Kavitasyon”ve“Ultrasonik Destekli Kavitasyon”olmak üzere, çevreye duyarlı olarak geliştirilen üç PV delaminasyon yönteminin, PV geri dönüşümündeki inovatif yönü ve çevresel etkisi değerlendirilmiştir. Hidrotermal subkritik delaminasyon yönteminde, yalnızca saf su eklenen bir yüksek basınç reaktöründe 200 °C ve 100 bar koşullarında 30 dakika boyunca PV modül kesitleri proses edilmiştir. Bunun sonucunda cam, ön EVA, c-Si ve tedlar tamamen ayrılmıştır. Kritik minerallerin geri kazanımı çerçevesinde, bu yöntemin delaminasyon başarısı %98,4'tür. Yalnızca kavitasyon ve ultrasonik destekli kavitasyon yöntemleri aynı cam reaktörün içinde farklı kavitasyon oluşturma süreçleri ile tasarlanmıştır. Bu kapsamda, PV modül katmanları üzerindeki delaminasyon başarısına bağlı olarak saf suda meydana gelen kavitasyonun kaotik doğasını anlamak üzere matematiksel modellemeler kullanılmıştır. Yalnızca kavitasyon yönteminde, cam ve EVA ayrılması sonrasında devam ettirilen kavitasyon işlemiyle diğer katmanlar üzerinde ayrışma sağlayan bir delaminasyon etkisi oluşmamıştır. Ultrasonik destekli kavitasyon yönteminde, cam ve EVA katmanının delaminasyonu esnasında EVA katmanı üzerinde 1.6 mm mekanik deformasyon meydana gelmiştir. Toplam 20 saatlik süre zarfında, c-Si katman parçalar halinde ayrılmıştır. Yüzey üzerindeki kalıntılar göz önüne alındığında, %82,2 oranında delaminasyon sağlanmıştır. Yaşam döngüsü analizi (LCA) çerçevesinde, hidrotermal subkritik delaminasyon ve ultrasonik destekli kavitasyon yöntemleri için çeşitli çevresel indikatörler 1 kg fonksiyonel birim üzerinden değerlendirilmiştir. Küresel ısınma potansiyeli (GWP) sonuçlarına göre, hidrotermal subkritik delaminasyonda -9.40E+00 kg CO2eq, ultrasonik destekli kavitasyonda, -5.75E+00 kg CO₂eq oranında çevresel etkiyi azaltılmıştır.
Özet (Çeviri)
Due to the limited lifespan of photovoltaic (PV) modules, the intense waste potential in the world continues to increase exponentially; meanwhile, limited raw material resources are at risk of depletion due to technological advancements and production demands. If the critical minerals inside waste PV modules are not recycled, it is inevitable that countries will face a difficult situation due to the potential environmental and economic burdens that may arise. Therefore, there is a need for solution proposals that will contribute to recycling within the framework of scientific studies, industrial initiatives, and legal regulations. In this thesis, the innovative aspects and environmental impacts of three PV delamination methods developed in an environmentally friendly manner“Hydrothermal Subcritical Delamination,”“Cavitation Only,”and“Ultrasonic-Assisted Cavitation”were evaluated in the context of PV recycling. In the hydrothermal subcritical delamination method, PV module sections were processed for 30 minutes at 200 °C and 100 bar conditions in a high-pressure reactor with only distilled water added. As a result, the glass, front EVA, c-Si, and backsheet were completely separated. In the context of critical mineral recovery, the delamination success rate of this method is 98.4%. The cavitation only and ultrasonic-assisted cavitation methods are designed with different cavitation generation processes within the same glass reactor. In this context, mathematical modeling has been used to understand the chaotic nature of cavitation occurring in distilled water, depending on the delamination success on the PV module layers. In the cavitation only method, no delamination effect that causes separation of the other layers was observed with the continuation of the cavitation process after the separation of the glass and EVA. In the ultrasonic-assisted cavitation method, a mechanical deformation of 1.6 mm occurred on the EVA layer during the delamination of the glass and EVA layers. During a total period of 20 hours, the c-Si layer has separated into pieces. Considering the residues on the surface, delamination of 82.2% has been achieved. Within the framework of life cycle analysis (LCA), various environmental indicators for hydrothermal subcritical delamination and ultrasonic-assisted cavitation methods have been evaluated per 1 kg functional unit. According to the global warming potential (GWP) results, the environmental impact was reduced by -9.40E+00 kg CO2eq in hydrothermal subcritical delamination and -5.75E+00 kg CO₂eq in ultrasonic-assisted cavitation.
Benzer Tezler
- Soğutma sistemlerinde kullanılan nanoyağlayıcıların termal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of thermal properties of nanolubricants used in refrigeration systems
AYBÜKE ÖZKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYSEL KANTÜRK FİGEN
- Eskişehir Beylikova bastnazit kompleks cevherinin karakterizasyonu ve farklı kalsinasyon koşullarının solvoliç verimine etkisinin incelenmesi
Characterization of Eskisehir Beylikova bastnasite complex ore and the effect of different calcination conditions on solvoleach efficiency
ÇİSEM ÇELİK KURTULAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ŞEREF SÖNMEZ
- Bulanık doğrusal programlama ile feldspat karışım optimizasyonu
Feldspat blending optimization with fuzzy linear programming
İREM ÇELEBİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜR KABAK
- Farklı bisküvi çeşitlerinin içeriklerinin fiziksel, kimyasal, vitamin ve mineral değerlerinin karşılaştırılması
Comparison of physical, chemical, vitamin, and mineral values of the contents of different types of biscuits
ÖZGÜRCAN AKTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
BiyokimyaKaramanoğlu Mehmetbey ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YAKUP ULUSU
- CO2 capture and storage in geologic studies in terms of energy, economic, and environmental effects
Enerji, ekonomi ve çevresel etkiler açısından jeolojik çalışmalarda CO2 yakalama ve depolama
MOHAMMADREZA JABBARI SAHEBARI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN OKAY