Tecnol ogía
Cic Ci clo de Vi V i da del V i dr i o de de los Pa Pan n el eles es Fotovoltaicos A ut or es : I n g . M i R a K i m, I n g . R os a P a mpen mpena a , I n g . V i vi a na G o l ds ds m i d t e I n g . K a r i n a M a r c os os ( G r u po po de de E s t u di d i o s S ob r e E ne nerr gí a, F ac acult ultad ad R egi onal B ue ueno noss Ai r es, Uni ve verr si dad Tecn Tecno ológi ló gi ca Nacional) Nacional)
E l pr esent sente e tr tr abajo anali anali za la conve conveni ni encia de r eciclar el vidr i o que co consti nsti tuye la la estr estr uct uctur ur a de un pane pan el fotovoltai fotovoltai co y cuy cuyo o proc pr oce es o de r ecupe cupe-r aci ón se encue encuentr ntr a ampli ampli ame amente nte de desa sarr r oll ollado ado y difundido, obteniéndose un considerable ahorro de mate aterr i as pr i mas y ene nerr g í a, con con la consec consecue uennte disminución en la generación de sustancias contaminantes.
Introducción La norma IRAM - ISO 14040/98 define al ciclo de vida como las “etapas consecutivas e interrelacionadas de un sistema producto, a partir de la adquisición de materia prima o de su extracción a partir de recursos naturales hasta la disposición final” f inal”.. El panel fotovoltaico, capaz de ge-
nerar corriente continua por la incidencia de la luz solar sobre su superficie, es un conjunto integrado por celdas fotovoltaicas conectadas en serie y encapsuladas en un material plástico elástico (etil vinil acetato), después colocadas entre un frente de vidrio plano templado y una cara posterior plástica (tedlar-poliester); conjunto que finalmente se ensambla y
luego enmarca con perfiles de aluminio anodizado. El vidrio plano templado utilizado en el armado de los paneles es de bajo contenido de hierro, lo que le confiere una excelente captabilidad de los rayos ultravioleta e infrarrojos, resistencia a las altas temperaturas y la capacidad de operar bajo condiciones climáticas extrema extremas. s.
Fabricación de la Placa de Vidrio Templado El proceso de fabricación puede resumir resum irse se de la sigu siguiente iente forma forma::
1. Cribado: Luego de pesadas y dosificadas, las materias primas (dióxido de silicio libre de óxido de hierro o con un contenido menor al 0.03% 0.03%, carbonato carbo nato de sodio, sodi o, carbonato de calcio y carbonato de magnesio) se trituran y tamizan. 2. Mezclado: Las materias primas se homogeneizan en una mezcladora cerrada en donde se les adiciona entre un 2-6%de agua. 3. Secado y precalentado: La mezcla se seca mediante el empleo de una corriente de aire seco (100 °C a 106 °C), y luego se precalienta hasta 300 °C, mediante el uso de una corriente de gas caliente proveniente de la combustión dell horno. de 4. Fusión: Los componentes sólidos ingresan a un horno en el que se emplea Fuel Oil como combustible. En una primera etapa las materias primas se funden y reaccionan (400 °C a 1050 °C), obteniéndose una masa vítrea líquida (1300 °C)
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con gran cantidad de burbujas de dióxido de carbono (CO2). En una segunda etapa (1500 °C) las burbujas adquieren una fuerza ascensional superior a la viscosidad del vidrio fundido, lo que les permite elevarse a la superficie donde rompen eliminando los gases.
5. Templado y estirado: El vidrio obtenido se enfría lentamente hasta la temperatura ambiente mediante un sistema de refrigeración con agua y ventilación. El estirado se hace en conjunto con el templado, empleándose para ello una máquina de estiraje compuesta por rodillos por la que se desplaza la masa vítrea. 6. Recocido: Las láminas son introducidas en un horno de recocido en donde se les aplica un nuevo salto térmico y posteriormente un brusco enfriamiento, a fin de extraerles todas las tensiones superficiales. 7. Acabado: Las láminas son pulidas con arena para el esmerilado grueso, y luego con materiales más blandos como el óxido de selenio (SeO2) para el esmerilado fino. 8. Corte: Esta operación se realiza en una mesa provista de herramientas diamantadas que marcan la superficie de corte sobre la que luego se realiza un esfuerzo de tracción, consiguiendo que la fisura se propague en el espesor.
Alternativas de Gestión
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Aplicabilidad
Impacto ambiental
Total
0
2
4
6
Reutilización
4
1
5
10
Reciclado
5
4
3
12
Disposición final Recuperación
Cuadro 1
tura de un panel fotovoltaico, desechado al término de su vida útil.
Disposición final: Se denominan sitios de disposición final a los espacios especialmente acondicionados para la disposición de los residuos que no han sido recuperados, utilizando para ello métodos que no alteren la calidad de los recursos ambientales. En general, para la disposición final de residuos se utiliza el sistema de rellenos sanitarios. Recuperación: Se entiende por recuperación de un material, al reprocesamiento de su materia prima para la obtención de nuevos productos. En general, se pueden distinguir cuatro tipos de recuperación, según el producto: reutilización, reciclado, valoración energética y recuperación química. ·
La reutilización del material consiste en darle nueva utilidad, previo acondicionamiento del mismo, radicando su mayor limitación en la cantidad máxima de ciclos de reutilización a los que puede ser sometido, ya que en cada uno de ellos, el material sufre un proceso de degradación.
·
El reciclado se basa en el reprocesamiento del material para la obtención de uno de me-
Evaluación de las Diferentes Alternativas de Gestión del Vidrio A continuación se enumeran las diferentes alternativas de gestión del vidrio que constituye la estruc-
Circuito de materiales
nor valor; la calidad del material obtenido depende de la calidad del que ha sido reprocesado. Las restantes alternativas -valoración energética (recuperación de energía en forma de calor) y recuperación química (recuperación de sustancias químicas sencillas)carecen de aplicabilidad en este caso.
Matriz de Evaluación Las variables que han sido consideradas para evaluar las diferentes alternativas de gestión desde el punto de vista energético y ambiental, son las siguientes:
Circuito de materiales: Evalúa la capacidad de recuperar los materiales originales a partir de los desechos, considerando tanto la cantidad como la calidad del material obtenido. El puntaje máximo representado como 5 le ha sido asignado al proceso de gestión que representa la máxima capacidad y el mínimo de 0 al proceso incapaz de recuperar el material original, estableciéndose los valores restantes de manera comparativa. Aplicabilidad: Se contempla el potencial uso de los productos resultantes teniendo en cuenta su facilidad de aplicación. La mayor
Contaminantes Sílice (SIO2)
Efectos sobre el hombre La inhalación de polvos de sílice suspendido en el aire en concentraciones altas durante un período prolongado producen silicosis, enfermedad de carácter progresivo e irreductible de los tejidos pulmonares, que se caracteriza por cambios fibróticos generalizados y por el desarrollo de nódulos múltiples en pulmones (formación de capas de te jido conjuntivo que reemplaza al tejido pulmonar). Clínicamente, se manifiesta por dificultad respiratoria, reducción de la capacidad de trabajo, ausencia de fiebre, aumento de la susceptibilidad para la tuberculosis.
Anhídrido Carbónico (CO2)
Es un gas que puede provocar desde alteraciones climáticas (efecto invernadero) hasta perturbaciones en el desenvolvimiento normal de los seres vivos. Las perturbaciones sobre la salud son: molestias por olores, irritación de las vías respiratorias, irritación de ojos, alteraciones de la función pulmonar, sinergismos en agua y catarros, bronquitis crónica y aguda, riesgos de cáncer de pulmón, riesgos de enfermedades cardiovasculares, perturbaciones del sistema nervioso central, alteraciones enzimáticas.
Cuadro 2
aplicabilidad está representada por 5 puntos, mientras que a aquellos que no tienen aplicación alguna se les ha asignado 0 puntos, estableciéndose los valores restantes de forma comparativa.
Impacto ambiental: En este caso se evalúan los efectos desfavorables que el proceso de gestión analizado tiene sobre el ambiente, considerando los productos obtenidos en cada caso. Se ha asignado el máximo puntaje de 5 al proceso de gestión que produce los efectos menos desfavorables sobre el ambiente y 0 puntos al que
produce los efectos más desfavorables, estableciéndose los valores restantes de manera comparativa. Ver Cuadro 1 De acuerdo con los resultados obtenidos, se describirá a continuación el proceso de gestión del vidrio de mayor interés desde el punto de vista del aprovechamiento de materia y energía.
Reciclado del Vidrio El vidrio utilizado en la fabricación de los paneles fotovoltaicos es bajo en impurezas y de una
composición específica, por lo cual podría ser empleado como materia prima hasta en un 100%. Sin embargo, diversos ensayos han demostrado que cantidades mayores al 80%provocan un sensible incremento de la fragilidad del vidrio obtenido. Si bien el vidrio que integra el panel lleva adosada una capa de EVA (nC6H10O2), esto no impide su reciclado por fusión, dado que el EVA posee una temperatura de fusión próxima a los 76 °C, la cual está muy por debajo de la del vidrio (1500-1600 °C). Esto permite que el EVA se descomponga en CO y CO2, pudiendo eliminarse junto con los restantes gases generados durante el proceso de fusión. El vidrio obtenido a partir de los paneles descartados debe seguir las siguientes etapas:
Triturado: alimentadores vibratorios lo trasladan hacia quebrantadoras de martillos, en donde es triturado en trozos cuyo diámetro no excede los 25 mm. Tamizado: Una cinta transportadora hace pasar los trozos de vidrio por una cámara de soplado en donde el polvo de vidrio es retenido en filtros, a fin de evitar que se volatilice junto con los gases de combustión, impidiendo de esta manera la contaminación ambiental. Lavado: Una máquina lavadora, mediante agua caliente y agitación, termina de extraer el polvo remanente. Secado: El material se decanta y seca. Fundición: Una vez seco, el mate-
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Figura 1. Ciclo de vida de un panel fotovoltaico
rial ingresa al horno de fundición, juntamente con un 20%de materia prima virgen.
Contaminantes que Participan en el Ciclo de Vida del Vidrio En el Cuadro 2 se describen los efectos que tienen sobre el hombre las principales sustancias contaminantes que participan en las etapas del ciclo de vida del vidrio.
Resultados Obtenidos La Figura 1 presenta de manera esquemática el ciclo de vida de un panel fotovoltaico, mientras que la Figura 2 muestra el ciclo de vida optimizado mediante el reciclado
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del vidrio templado. Ahorro de recursos naturales y disminución de la generación de contaminantes mediante el reciclado del vidrio: MgCO3, CaCO3, Na2CO3
80 %
CO2
80 %
Polvo de SiO2
80 %
rias primas (MgCO3, CaCO3 y Na2CO3).
Reducción de la contaminación ambiental: menor generación de contaminantes (dióxido de carbono y dióxido de silicio) Disminución de los residuos: mayor vida media de los rellenos sanitarios, y reducción de los costos de disposición.
Conclusiones
Referencias
El reciclado del vidrio que constituye la estructura del panel fotovoltaico presenta las siguientes ventajas:
• Austin (1988). Manual de procesos químicos en la industria, Tomo II.
Preservación de recursos naturales: importante ahorro de mate-
• Mali E. (1982). Los vidrios. Editorial Américo Iee. • Waganoff N. (1963). Hornos in-
Figura 2. Ciclo de vida optimizado
dustriales. Editorial Librería Mitre. • Ley de Higiene y Seguridad en el Trabajo 19.587, Argentina. • Ley de Preservación de los Recursos de Aire 20.284, Argentina. • Dr. Mariano Seoánez Calvo. “Ecología industrial: ingeniería media ambiental aplicada a la industria y a la empresa”, capítulos 8, 15, 35, 38. Ediciones Mundi-Prensa, Madrid, l998. • Dr. Mariano Seoánez Calvo. “El gran diccionario del medio ambiente y de la contaminación”, Ediciones Mundi-Prensa, 1997. • Ernesto C. Enkerlin, Gerónimo Cano, Raúl A. Garza y Enrique
Vogel. “Ciencia ambiental y desarrollo sostenible”, capítulos 16, 17, 18, 19. Editores Internacional Thomson, México, 1997. • J orge E. Mangosio. “Medio ambiente y salud ocupacional”, Editorial Nueva Librería S.R.L, Argentina, l997.
• Dr. Mariano Seoánez Calvo y colaboradores. “Ingeniería del medio ambiente”, capítulos 1,7,8,9, Ediciones Mundi-Prensa, Madrid,1996. • G. Tyler Miller J r. “Ecología y medio ambiente”, Editorial Iberoamérica, 1994.
• Eduardo Aguirre Martínez. “Seguridad e higiene en la Industrias y el comercio”, Editorial Trillas, México, l996.
Para mayor i nfor maci ón, di ri gi rse a:
• Osvaldo Giordano, Alejandra Torres, Mara Bettiol. “Riesgos del trabajo. La modernización de las instituciones laborales en la Argentina”, tomo II, reglamentación de la ley 24.557, capítulo I, Editorial Fundación del Trabajo, Argentina, l996.
U.T.N. - Facultad Regional Buenos Aires Gr upo de E studios Sobr e E ner gí a Av. Sáenz 631 (1437) Ciudad de Buenos Aires República Argentina Fax: (54-11) 4911-3349 e-mail:
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