Reciclagem de módulos solares no fim da vida é inviável

Reciclagem de módulos solares no fim da vida é inviável se a diversidade de materiais não for considerada.

Pesquisadores da Austrália e da Polônia colaboraram em um estudo para determinar o valor do upcycling de materiais-chave de painéis em fim de vida útil, como alumínio, vidro e células solares, com o propósito específico para reutilização dos componentes na fabricação de painéis solares.

Pesquisadores da Universidade de New South Wales (UNSW), Universidade de Tecnologia de Gdansk e Academia de Ciências da Polônia colaboraram para estudar o valor de purificar componentes-chave de painéis solares em fim de vida útil, idealmente para reutilização na fabricação de novos painéis solares.

Os cientistas Olivia Bowen, Anna Kuczynska-Lazewska, Rong Deng e Jacek Kluska examinaram as diferenças na composição dos painéis solares entre diferentes modelos e fabricantes para avaliar inicialmente a capacidade dos módulos de serem reciclados.

“Painéis solares de silício desativados foram coletados de toda a Austrália. Alguns dos módulos foram retirados do campo devido a falhas técnicas ou atualizações do sistema, enquanto os painéis restantes eram novos painéis doados ao estudo por fabricantes de energia solar”, disseram os cientistas.

Os doze módulos fabricados por fabricantes alemães, chineses, sul-coreanos e americanos foram desmontados para coletar amostras da estrutura de alumínio, vidro e célula solar da análise composicional.

Os resultados do estudo, publicados em um artigo intitulado “Beyond assumptions: Experimental characterisation of end-of-life photovoltaic panels composition for recycling in Australia“, revelam que, apesar da variabilidade na composição dos materiais entre os diferentes painéis, os componentes-chave são todos recicláveis, embora com considerações importantes.

Eles descobriram que as estruturas de alumínio são adequadas para reciclagem, potencialmente economizando custos significativos de energia primária, porém, revestimentos superficiais contendo grandes quantidades de enxofre diminuem a pureza e o valor econômico.

Os componentes de vidro atendem aos critérios de matéria-prima na nova fabricação de vidro, apesar da presença de traços de antimônio, chumbo, cromo e ferro.

“O antimônio, adicionado ao vidro dos painéis solares para melhorar a transmissão de luz, é classificada como uma substância perigosa sujeita a limites regulatórios. O estudo constatou que os níveis de antimônio nos módulos fotovoltaicos podem exceder os limites estabelecidos e, consequentemente, as empresas de reciclagem podem precisar de licenças específicas e processos de monitoramento para manusear com segurança o vidro que contém esse elemento”, conclui o estudo.

A análise do laminado também revelou um elevado grau de reticulação do etileno-acetato de vinila (EVA), com baixos níveis de cristalinidade (inferiores a 17%), indicando que o material mantém sua função de proteção mesmo em módulos fotovoltaicos em fim de vida útil.

“Compreender a estrutura do EVA e seu grau de reticulação também é fundamental para otimizar os métodos de deslaminação em pesquisas futuras. A realização da análise do EVA previamente permitiria definir a abordagem de deslaminação mais adequada”, afirmaram os pesquisadores.

Por fim, a composição das células solares apresentou variações significativas entre os fabricantes, refletindo uma tendência da indústria de reduzir o teor de prata nos módulos mais recentes.

“O teor de cobre também variou de acordo com a tecnologia da célula utilizada no módulo. Essa tendência alerta as empresas de reciclagem para uma possível redução das receitas futuras, já que a prata pode representar até 47% do valor recuperável de um módulo”, disseram.

A presença de chumbo e estanho em todas as amostras também evidenciou a necessidade de cuidados no manuseio de materiais perigosos, especialmente no descarte de águas residuais.

Barreiras

O estudo concluiu que a variabilidade entre módulos produzidos por diferentes fabricantes pode representar um obstáculo para o desenvolvimento de processos comerciais de reciclagem eficientes.

“A reciclabilidade de cada um dos componentes depende fortemente de sua composição, sendo que tanto o alumínio quanto o vidro perdem valor devido à contaminação por diversas impurezas”, afirmaram os pesquisadores. “A tendência observada de redução do teor de prata nos módulos mais novos afetará a receita obtida com a reciclagem. Por isso, as empresas do setor precisam estar atentas à mudança no potencial econômico desse processo à medida que aumenta o volume de módulos com baixo teor de prata”.

Os pesquisadores também observaram que a reciclagem do vidro depende fortemente de que o material não seja contaminado por outros metais. Eles alertam que processos como trituração ou moagem dos módulos tendem a contaminar o vidro com prata e cobre, reduzindo seu valor e podendo tornar não reciclável o principal componente do módulo.

Apesar da variabilidade entre os diferentes módulos, os pesquisadores destacam que a simples remoção mecânica desses componentes, “mesmo desconsiderando o laminado das células”, já evitaria que grandes volumes de resíduos fossem destinados a aterros sanitários.

A equipe espera que o conjunto abrangente de dados obtidos experimentalmente possa orientar pesquisadores, empresas que desenvolvem processos de reciclagem e também a formulação de políticas públicas, área em que, segundo os autores, ainda há uma lacuna em nível federal na Austrália.

Segundo os pesquisadores, essas informações podem contribuir para otimizar estratégias de reciclagem e avaliar a viabilidade econômica dos processos destinados ao crescente volume de resíduos fotovoltaicos na Austrália e em outros mercados com características semelhantes. (pv-magazine-brasil)

Pantanal perdeu cerca de 80% de sua água superficial nos últimos 40 anos

Pantanal perdeu cerca de 80% de sua água superficial nos últimos 40 anos, mostra estudo da Unesp.

Pesquisadores apontam que a maior planície alagada do mundo está sendo afetada negativamente pelas atividades humanas e pelas mudanças climáticas. Níveis de precipitação na região não têm sido suficientes para recuperar o estoque hídrico do bioma.

O Pantanal é considerado a maior planície alagada do mundo com uma área de aproximadamente 150 mil km² que se estende por Paraguai, Bolívia e Brasil. A vasta presença de águas superficiais no bioma é fundamental para a manutenção de uma rica biodiversidade que contempla mais de 650 espécies de aves, 150 espécies de mamíferos, 325 espécies de peixes e 2.270 espécies de plantas, além de realizar um papel de grande importância para o equilíbrio ecológico, sequestro de carbono, entre outros serviços ecossistêmicos essenciais.

Um estudo realizado por pesquisadores da Unesp em parceria com outros colegas brasileiros, entretanto, reforça o estado crítico dos corpos d’água localizados no bioma, que há décadas vem apresentando um declínio contínuo e acentuado. Segundo o artigo publicado na revista Advances in Space Research, o Pantanal perdeu cerca de 80% de sua água superficial desde 1985, e o regime atual de precipitações não está dando conta de repor o estoque hídrico da região.

Os pesquisadores apontam a mudança no uso da terra decorrente das atividades humanas e as mudanças climáticas como responsáveis pela variabilidade hídrica negativa das últimas décadas. Segundo o engenheiro florestal Sérvio Túlio Pereira Justino, um dos autores do artigo, esse é o maior trabalho sobre o tema já realizado no Pantanal, pois abrange as mudanças ocorridas nas águas superficiais localizadas na parte brasileira do bioma ao longo das últimas quatro décadas. “Nosso diferencial foi o tamanho da área em que trabalhamos, o período abrangido – de 1985 a 2023 –, e também os quatro índices espectrais utilizados para chegar aos resultados”, relata Justino, que é doutor pelo Programa de Pós-graduação em Ciência Florestal da Faculdade de Ciências Agrárias (FCA) da Unesp, no campus de Botucatu.

Os índices espectrais que o autor menciona como diferenciais da pesquisa são fórmulas matemáticas aplicadas a imagens de satélite que, neste trabalho, exploram diferentes valores de reflectância para diferenciar os corpos d’água de outros elementos na superfície da terra. Por meio das imagens registradas ao longo das últimas décadas e dos índices, os cientistas conseguiram obter informações sobre a variabilidade dos corpos d’água do Pantanal ao longo do período.

Índices mostram dinâmica das águas superficiais e das chuvas

As imagens obtidas pelos cientistas remetem aos anos de 1985, 1990, 1995, 2000, 2005, 2010, 2015, 2020 e 2023. Para cada ano, foram gerados quatro mapas, com base nos quatro índices utilizados na pesquisa: Índice de Água por Diferença Normalizada (NDWI); Índice de Água por Diferença Normalizada Modificada (MNDWI); Índice de Proporção de Água (WRI); e Índice Automatizado de Extração de Água (AWEI). A equipe somou, ao final, 36 mapas que indicavam as variações espaço-temporais em corpos d’água superficiais no Pantanal brasileiro.

“Primeiro, fizemos o download das imagens de satélite. Depois, realizamos o processamento, que é o recorte das imagens e avaliação de imperfeições e erros”, explica Justino. Entre essas imperfeições, ele cita, por exemplo, a presença de nuvens, que às vezes são identificadas como corpos d’água e podem acabar interferindo nos resultados. Imagens com interferências desse tipo acabam sendo filtradas, explica o pesquisador.

Vale entender como o mapa é gerado a partir dos índices. Para aplicar o NDWI, por exemplo, o pesquisador precisa baixar duas imagens: uma em verde (ρGREEN), medida de reflectância na faixa do espectro visível correspondente à cor verde, e outra em infravermelho (ρNIR), reflectância do infravermelho próximo. Depois, é aplicada a fórmula NDWI = (Verde – NIR)/(Verde + NIR). O resultado varia de 1 a -1, com os valores superiores a 0,5 indicando corpos d’água, enquanto os valores próximos de 0 indicam solo com pouca ou nenhuma presença de água. Já os valores negativos indicam a presença de vegetação ou solo seco.

Cada índice tem um cálculo próprio e um espectro de imagens necessário para obter seus resultados. “Todos os índices que utilizamos geraram resultados positivos em relação a detecção de águas superficiais. Mas para chegar a esses resultados fizemos ainda uma análise de precisão desses índices”, comenta Justino. Para isso, os cientistas utilizaram as imagens dos diversos anos e, manualmente, fixaram pontos marcando os corpos d’água. Os pesquisadores então aplicaram um software para cruzar os dados do trabalho com os pontos marcados no mapa e confirmaram os resultados. Todo o trabalho levou cerca de um ano para ser finalizado.

Além dos índices já mencionados para medir a variabilidade hídrica nos corpos d’água, os autores do trabalho também aplicaram três outras fórmulas para obter informações sobre a variabilidade espaço-temporal das chuvas no Pantanal. Para isso, foram utilizados o Índice de Umidade por Diferença Normalizada (NDMI); o Índice de Concentração de Precipitação (ICP); e o Índice de Anomalia Padronizada (SAI).

Enquanto o NDMI também usa imagens espectrais de satélite para analisar a variação da umidade no período, o ICP e o SAI são elaborados a partir de informações do Climate Hazards Group InfraRed Precipitation with Station data (CHIRPS), um projeto da Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara, nos Estados Unidos, que fornece dados de precipitação de quase todo o planeta em séries temporais desde 1981.

Uso sustentável da água e do solo é tarefa prioritária

Ao final, os quatro índices espectrais (NDWI, MNDWI, WRI e AWEI) mostraram uma redução na área superficial da água, nos últimos 40 anos, em intensidades que variam entre 69,6% e 81,4% a depender do índice. Em complemento aos índices que analisaram principalmente a variação da água superficial, os três índices focados na umidade e precipitação (NDMI, ICP e SAI) apontaram um declínio progressivo na vegetação e na umidade do solo, bem como um aumento na frequência e na intensidade dos eventos de seca no bioma, e maior irregularidade na distribuição de chuvas ao longo das últimas quatro décadas.

Segundo Justino, além das mudanças climáticas, que têm levado a uma diminuição dos níveis de precipitação e tornado as chuvas insuficientes para repor o ciclo hidrológico do Pantanal, existem outros fatores que intensificam a redução da área ocupada por corpos d’água, como as mudanças no uso do solo, com a construção de barragens ou a expansão da agricultura e da pecuária. “Uma área que antes seria alagável, hoje é uma área de pastagem”, relata.

A diminuição da água superficial causa impactos negativos em toda a biodiversidade do bioma, alerta o pesquisador, que usa a cadeia alimentar como exemplo. “Se a redução das águas superficiais afetar o peixe, ela irá afetar os animais que se alimentam do peixe. A onça é um animal que necessita da água para caçar e se alimentar. A redução dessa área com água também diminui seu habitat”, explica. 

O autor aborda ainda a questão dos ribeirinhos que vivem da pesca e do turismo ecológico e a situação de comunidades indígenas que ocupam as reservas pantaneiras. “As pessoas que vivem ali provavelmente não vão conseguir continuar ocupando aquele espaço porque não terão mais fontes de renda”, complementa.

Justinof ressalta a importância de haver, no Pantanal, um manejo sustentável do uso da água e da terra. No curto prazo, deve-se realizar um monitoramento contínuo para identificar as áreas mais afetadas e também a causa do problema. A agricultura, por exemplo, afeta o território ao reduzi-lo a plantações e causa ainda a contaminação das águas devido ao uso de defensivos agrícolas, tornando-se imprescindível uma mudança. Os ribeirinhos, sem fonte de renda, acabam ingressando em serviços prejudiciais ao bioma, como o desmatamento. “É preciso realizar uma gestão que diminua esses impactos e inclua essas comunidades na conservação do Pantanal, uma vez que, como moradores, eles são os principais afetados”.

Ao analisar 4 décadas de dados de imagens de satélite e do regime de precipitação, a conclusão é que o bioma, considerado a maior área úmida do planeta, vive um processo claro de perda de água que sustenta sua rica biodiversidade e realiza serviços ecossistêmicos essenciais. “O Pantanal está num ponto em que ele precisa urgentemente de ajuda. Se continuarmos nesse mesmo ritmo, infelizmente não teremos mais o bioma daqui 40 ou 50 anos”, afirma Justino.

Balsa transportando um caminhão faz a travessia do Rio Paraguai, na cidade de Corumbá, no Mato Grosso do Sul. (jornal.unesp.br)