De belangrijkste energiebron voor deze eeuw

Op dit moment levert zonne-energie wereldwijd ongeveer vijf procent van de elektriciteit. “Ik denk dat het in de toekomst ongeveer de helft van alle elektriciteit zal leveren”, zegt Malte. “Het wordt de belangrijkste energiebron voor deze eeuw.” 

Malte is onderdeel van de Photovoltaic Materials and Devices groep aan de TU Delft en heeft veel kennis over de ontwikkeling van zonne-energie. “De eerste silicium-zonnepanelen werden gebouwd in de jaren vijftig", vertelt hij. En het kostte ongeveer zeventig jaar om wereldwijd één terawatt aan zonnepanelen te installeren - dat is een biljoen watt. “Eigenlijk is dit in het kader van de energietransitie maar heel weinig”, legt Malte uit. “In 2050 willen we een energiesysteem bereiken zonder CO2-uitstoot, en daarvoor moeten we per jaar ongeveer tien keer zoveel capaciteit aan zonnepanelen installeren als we elk voorafgaand jaar hebben gedaan.” 

Dat klinkt als veel, maar het goede nieuws is dat er nu al een exponentiële groei is. Alleen al in 2024 werd er ongeveer 0,4 terawatt aan zonnepaneelcapaciteit geïnstalleerd. “Omdat we flink aan het opschalen zijn, is het belangrijk om nu te kijken naar alle materialen in de productieketen van zonnepanelen”, zegt Malte.  

Vervangen van kritieke grondstoffen

Het milieuvriendelijk maken van zonnepanelen lijkt - op het eerste gezicht – misschien al een vanzelfsprekendheid voor de industrie, maar dat is allerminst het geval. “We moeten ons energiesysteem de komende decennia vernieuwen”, licht Malte toe. Mensen denken hierbij vaak aan het recyclen van zonnepanelen, maar dat is maar een deel van het circulair maken van zonnepanelen.  

“We moeten in het kader van de energietransitie niet alleen duurzaam zijn in de zin van CO2-uitstoot, maar ook duurzaam in de zin van materiële schaarste”, legt Malte uit. Het streven is om grondstoffen slechts eenmaal te winnen, ze te gebruiken voor het bouwen van eerste generatie zonnepanelen ter ondersteuning van de energietransitie, en vervolgens deze materialen continu te recyclen voor hergebruik. “Ik denk na over deze vraag: Zijn er materialen die we nu gebruiken in zonnepanelen, maar die we moeten vervangen?” 

Zilver wordt veel gebruikt voor de productie van zonnepanelen, en hoewel het materiaal officieel niet op de lijst van kritieke grondstoffen staat, wordt voor de productie van zonnepanelen jaarlijks meer dan 10% van de zilverproductie gebruikt. “Ik gaf al aan dat we elk jaar tien keer zoveel zonnepanelen zouden moeten produceren, dus dan zouden we 100% van de jaarlijkse zilverproductie gebruiken. Dat is duidelijk niet de juiste weg; we moeten het gebruik van zilver verminderen”, benadrukt Malte.  

Naast zilver, worden ook silicium-metaal en tin gebruikt in zonnepanelen. Naar het vervangen en recyclen van tin wordt binnen TU Delft ook veel onderzoek gedaan. “Onderzoekers hebben de technologieën gereed om deze (bijna) kritieke grondstoffen te vervangen”, licht Malte toe. “We zouden zilver bijvoorbeeld kunnen vervangen door koper, want koper geleidt ook de elektriciteit en is breder beschikbaar. Maar we moeten er niet zomaar van uitgaan dat de materialen die nu beschikbaar zijn over vijf jaar ook beschikbaar zullen zijn. Zeker als het per jaar gaat om tien keer de hoeveelheid die nu beschikbaar is.” Aan het ontwerpen van circulaire zonnepanelen gaat veel planning en onderzoek vooraf.   

Upcyclen niet downcyclen

In de EU en verschillende andere landen is het verplicht om zonnepanelen te recyclen. “Maar er wordt niet voldoende gespecificeerd wat recyclen precies in moet houden”, licht Malte toe. Onder recyclen wordt ook het versnipperen van zonnepanelen verstaan en het gebruik hiervan als vulmateriaal in wegen. Dit is zonde van het zilver en de andere waardevolle metalen die in de zonnepanelen worden gebruikt. En het is zelfs ook zonde van het glas. “Want het glas dat wordt gebruikt in zonnepanelen, is heel hoogwaardig en transparant glas, dat duurder is dan vensterglas”, legt Malte uit. “Dus het doel zou op zijn minst moeten zijn om het glas van zonnepanelen opnieuw te gebruiken voor ramen.”  

Of je een zonnepaneel kunt recyclen, hangt ook af van de materialen die ervoor zijn gebruikt. Vooral polymeer, een doorzichtige kunststof die wordt gebruikt om een zonnepaneel aan elkaar te lijmen, maakt het recycleproces ingewikkeld. Malte werkt aan verschillende alternatieven. Met een collega onderzoekt hij een ‘groen’ oplosmiddel, waarmee de polymeer-laag opgelost kan worden zonder het glas of de zonnecel te beschadigen, zodat die hergebruikt kunnen worden. “Je kunt eigenlijk denken aan een broodje met kaas en tomaat, dat je in de oven stopt”, legt hij uit. “En daarna probeer je het broodje weer uit elkaar te halen, maar dan zonder de kaas. Dat is dus wat we hopen dat het oplosmiddel doet.” 

Malte werkt ook samen met een startup, die zonnepanelen wil bouwen zonder polymeer. Zij werken aan zonnepanelen waarbij gas wordt gebruikt. “In dit ontwerp zit tussen de lagen van het zonnepaneel natuurlijk gas, dat onder druk staat. Polymeer is dan niet meer nodig. Maar het nadeel van dit ontwerp is dat het een luchtdichte randafdichting nodig heeft.”  

Tweedehands zonnepanelen

“De levensduurverlenging van zonnepanelen is ook heel belangrijk”, licht Malte toe. Voor zonnepanelen die erg beschadigd zijn, is recyclen vaak de enige optie. Maar het circulair maken van zonnepanelen kan ook het hergebruik van tweedehands zonnepanelen betekenen, of reparatie van zonnepanelen. Het gebruik van deze circulaire methoden heeft veel voordelen, bijvoorbeeld minder energieverbruik en minder CO2-uitstoot.  

“Ik zou graag zien dat we een zonnepaneel vijftig jaar zouden kunnen gebruiken”, zegt Malte. “De huidige beoogde levensduur van zonnepanelen is 25 tot 30 jaar, en er zijn zeker ook voorbeelden van systemen die niet zo lang hebben gewerkt. In Europa gaan daken meestal ongeveer vijftig jaar mee. Het zou mooi zijn om een vergelijkbare tijdframe te hebben voor zonnepanelen.”  

Beleidsmakers beïnvloeden

“Als een land geen regels heeft voor recycling van een zonnepaneel, kost het minder dan $1,- om het gewoon op een vuilnisbelt te gooien”, verzucht Malte gefrustreerd. Dus dat is wat er meestal gebeurt aan het einde van de levensduur van een zonnepaneel. De grote uitdaging bij het recyclen van zonnepanelen is: hoe recycle ik iets waarvan ik niet weet wat erin zit? En ook: bevat het zonnepaneel genoeg bruikbare materialen om het recyclen de moeite waard te maken? Op dit moment zijn er geen normen voor de materialen die in zonnepanelen worden gebruikt. Vrijwel elk materiaal kan gebruikt worden in de samenstelling van zonnepanelen. Dit zou Malte graag anders zien. “Het is niet de primaire focus van mijn onderzoek, maar ik vind het wel mooi als het maatschappelijke gevolg van mijn werk is om wetgevers en beleidsmakers te beïnvloeden.”  

Malte werkt ook mee aan het FAIR-PV project om een productpaspoort voor zonnepanelen te ontwikkelen. “Dankzij dit digitale productpaspoort zou men kunnen achterhalen welke materialen er in de zonnepanelen zitten en hoe ze het beste gerecycled of gerepareerd kunnen worden”, licht hij toe. Maar ook met het paspoort zijn er nog obstakels onderweg naar recycling. Producenten moeten investeren in machines en in de arbeid voor het recyclen. De voordelen van recycling zijn dan voor de volgende generatie van productie. “Het gaat echt om een investering voor de toekomst.”  

Ook als het gaat om het hergebruiken van zonnepanelen, zijn er nog beleidsmatige uitdagingen. Malte noemt er een aantal: “We moeten protocollen definiëren voor het testen van tweedehands zonnepanelen, we moeten een marktvraag opbouwen, en we moeten vertrouwen kweken bij de volgende gebruiker van de zonnepanelen.” 

De magie ontstaat als je plezier hebt  

Het enthousiasme van Malte over zijn vakgebied – en de impact van zijn onderzoek – straalt van hem af. “Ik heb natuurkunde gestudeerd, dus ik vind het leuk om natuurkundige vraagstukken op te lossen. Tijdens mijn bachelorscriptie richtte ik zwaartekrachtgolven en dit was erg interessante fysica. Maar ik realiseerde dat de vele uren erin die ik in het onderzoek stak, niet de voldoening bracht die ik had verwacht. Ik heb ook maatschappelijke impact nodig. Daarom ben ik mij tijdens mijn master gaan richten op zonne-energie.”  

Malte’s passie voor zijn werk is aanstekelijk, en dat is ook te zien aan de samenwerkingen die hij aangaat en initiatieven die hij ontwikkelt. “Meestal vindt de magie plaats en komen de ideeën als je echt plezier hebt in wat je doet. En ook als je het juiste gereedschap hebt om het probleem op te lossen, en een aantal goede collega’s om je heen hebt”, zet Malte uiteen. Onderzoek draait om samenwerking en teams. “Het is niet één professor die het vakgebied verandert. Het zijn teams van wetenschappers en samenwerkingsverbanden tussen universiteiten in verschillende vakgebieden die het samen veranderen.”  

Natuurlijk kunnen er uitdagingen zijn als het om onderzoek gaat. “We zijn allemaal mensen en we maken allemaal fouten, en we hebben allemaal onze goede en slechte momenten. Ik denk niet dat het gezond is om te proberen iemand anders te zijn. Dat is iets wat ik mijn studenten probeer bij te brengen: Wees gewoon jezelf en ga op je gevoel af. Als er een onderwerp is dat aan je blijft trekken, ook al past het niet precies bij je onderzoeksdoelen; ga er gewoon voor! Soms leidt het tot niets, maar soms ook tot onverwachte en geweldige bevindingen. Dat is echt een drijvende kracht binnen onze groep.” 

De Photovoltaic Materials and Devices groep maakte vorig jaar deel uit van het consortium dat samen met enkele van de grootste solarbedrijven in Nederland de subsidie van het Nationaal Groeifonds ontving. Daarnaast werkt de groep ook mee aan onderzoeksprojecten in het kader van Horizon Europe. “Ik werk samen met deze bedrijven en binnen deze projecten op het gebied van onderzoek en zal hen helpen hun zonnepanelen duurzamer en meer recyclebaar te maken. We werken aan de volgende generatie van zonnepanelen”, licht hij toe.