Fukushima en tête des efforts du Japon pour recycler le verre des panneaux solaires : défis, innovations et perspectives

Le projet de Fukushima pour recycler le verre des panneaux solaires : un nouveau chapitre pour la durabilité des énergies renouvelables

La préfecture de Fukushima, autrefois synonyme de catastrophe nucléaire, est aujourd’hui à l’avant-garde d’un nouveau défi environnemental : le recyclage du verre trempé des panneaux solaires mis hors service. Alors que l’essor de l’énergie solaire au Japon arrive à maturité, le pays doit se préparer à une vague imminente de déchets issus des panneaux solaires, dont des centaines de milliers de tonnes devraient devoir être traitées chaque année à partir du milieu des années 2030. Les efforts novateurs de Fukushima pour transformer ce verre en matériau isolant pour les habitations pourraient faire école dans tout le pays, voire au-delà.

Pourquoi l’élimination des panneaux solaires devient-elle une crise au Japon ?

Le Japon a véritablement commencé à adopter rapidement l’énergie solaire après la catastrophe nucléaire de Fukushima en 2011. L’instauration par le gouvernement, en 2012, d’un système de tarifs de rachat garantis (FIT), qui assurait des prix fixes pour l’énergie renouvelable, a déclenché un boom des installations solaires dans tout le pays. Résultat : la puissance solaire totale installée au Japon a atteint 85 millions de kilowatts en 2022, plaçant le pays au troisième rang mondial.

La durée de vie habituelle des panneaux solaires est toutefois de 20 à 30 ans. Ceux installés au début des années 2010 arrivent aujourd’hui en fin de vie. Le ministère de l’Environnement estime qu’entre 500 000 et 800 000 tonnes de panneaux solaires devront être éliminées chaque année à partir de la fin des années 2030, un volume susceptible de submerger les installations de traitement des déchets industriels et les décharges existantes.

La plupart des panneaux solaires finissent actuellement en décharge, une pratique qui n’est pas viable. Ils contiennent des substances dangereuses comme le plomb et, dans certains cas, le cadmium, qui peuvent s’infiltrer dans l’environnement s’ils ne sont pas gérés correctement. Le volume considérable de déchets, conjugué au nombre limité de sites d’enfouissement, rend urgente la recherche de solutions durables pour leur élimination et leur recyclage.

Comment fonctionne le recyclage du verre des panneaux solaires ?

Les panneaux solaires sont des dispositifs complexes constitués de plusieurs couches. La couche supérieure, exposée au soleil, est en verre trempé de grande pureté. En dessous se trouvent des couches de résine éthylène-acétate de vinyle (EVA), des cellules photovoltaïques (généralement à base de silicium), une nouvelle couche d’EVA et une feuille de protection arrière. Le verre est fusionné aux cellules par l’EVA, ce qui rend leur séparation difficile.

À Fukushima, trois entreprises — Takaryo Corp., Toshima Glass et Paramount Glass Mfg. Co. — se sont associées pour relever ce défi. Leur procédé consiste à :

• Concasser en petits morceaux le verre protecteur des panneaux solaires usagés.
• Mélanger ce verre à d’autres déchets de verre, notamment des bouteilles.
• Faire fondre le mélange dans un four.
• Transformer le verre en fusion en fibres, ensuite utilisées comme matériau isolant pour les habitations.

Cette approche permet non seulement de détourner le verre des décharges, mais aussi de créer un produit utile au secteur de la construction. Des essais ont montré que l’ajout d’une tonne de verre issu de panneaux solaires à 100 tonnes de matériau isolant ne dégrade pas la qualité du produit final.

Quels sont les principaux défis ?

Malgré son potentiel, le recyclage du verre des panneaux solaires se heurte à d’importants obstacles :

• Rentabilité : Le procédé coûte plus cher que la simple élimination du verre. Le réglage des proportions du mélange prend du temps, car le verre des panneaux solaires contient des substances différentes de celles du verre ordinaire des bouteilles.
• Capacité : Selon Paramount Glass, il faut au moins 100 tonnes de verre protecteur par mois pour une commercialisation à grande échelle. Pour l’instant, les entreprises n’en utilisent qu’une tonne par mois dans le cadre de leur production expérimentale.
• Coûts de transport : Le transport du verre, lourd, des centrales solaires vers les installations de recyclage alourdit la facture. Le gouvernement de la préfecture de Fukushima a commencé à subventionner ces coûts pour soutenir ces efforts.
• Complexité technique : La séparation du verre des autres composants des panneaux, notamment de la résine EVA et des métaux intégrés, nécessite des équipements et des procédés spécialisés.

Innovations et initiatives plus larges du secteur

Le projet de Fukushima s’inscrit dans un mouvement plus vaste au Japon visant à mettre au point des technologies efficaces de recyclage des panneaux solaires. Plusieurs entreprises et organismes de recherche travaillent sur des solutions innovantes :

• TAKEEI Corporation, à Soma, dans la préfecture de Fukushima, a mis en service une installation utilisant un « PV Recycling Hammer » pour concasser les panneaux et en séparer le verre. L’usine peut traiter environ neuf tonnes de panneaux par jour et prévoit d’augmenter sa capacité. Les panneaux qui passent les contrôles sont revendus ; les autres sont démontés afin d’en récupérer des matériaux comme l’aluminium et le verre, qui sont ensuite recyclés ou éliminés de manière responsable.
• AGC Inc. est parvenue à recycler le verre de couverture des panneaux solaires pour en faire du verre flotté, un produit à forte valeur ajoutée utilisé dans la construction. Ce procédé préserve les matières premières et réduit les émissions de gaz à effet de serre, car le verre recyclé nécessite moins d’énergie à transformer que les matières vierges.
• Mitsubishi Chemical Group a mis au point une technologie qui utilise des températures élevées pour transformer en gaz le matériau d’étanchéité des panneaux solaires, facilitant ainsi la récupération du verre, de l’argent, du cuivre et de l’aluminium. Cette méthode réduit les coûts de recyclage de 20 à 30 % et permet de réutiliser environ 99 % des matériaux des panneaux.
• NPC et Toshiba Environmental Solutions ont mis au point des méthodes mécaniques de séparation du verre et des cellules, comme la technique du « couteau chaud » et le broyage à la brosse métallique. Ces méthodes visent à améliorer l’efficacité et la rentabilité des opérations de recyclage.

Ces innovations sont essentielles, car le verre récupéré a une valeur relativement faible : le verre de récupération ne se vend que 0,5 à 1 yen le kilogramme. Pour rendre le recyclage viable, les entreprises cherchent à fabriquer des produits à plus forte valeur ajoutée ou à réduire les coûts de traitement.

Politique gouvernementale : vers le recyclage obligatoire des panneaux solaires

Conscient de l’ampleur du problème imminent des déchets, le gouvernement japonais s’oriente vers l’obligation de recycler les panneaux solaires. Le ministère de l’Économie, du Commerce et de l’Industrie et le ministère de l’Environnement prévoient de présenter un texte imposant aux entreprises de recycler ces panneaux, sous peine de sanctions. Un groupe d’experts est en cours de constitution afin de définir des méthodes de recyclage précises et des mesures de soutien, notamment une aide financière.

À l’heure actuelle, le recyclage n’est pas obligatoire et la plupart des panneaux finissent en décharge. La nouvelle politique vise à optimiser l’utilisation des ressources, à réduire au minimum les effets sur l’environnement et à aligner le Japon sur les normes internationales. L’Union européenne impose le recyclage des panneaux solaires depuis 2012 ; des réglementations similaires sont adoptées dans certaines régions des États-Unis et envisagées en Chine.

Le gouvernement encourage également le développement de nouvelles technologies solaires, comme les cellules solaires à pérovskite (PSC), plus légères et polyvalentes, mais dont la durée de vie est plus courte. Des subventions destinées à couvrir les coûts de recyclage de ces panneaux de nouvelle génération sont à l’étude.

Conséquences environnementales et économiques

Le recyclage des panneaux solaires présente plusieurs avantages pour l’environnement :

• Réduction des déchets enfouis : Il détourne de grandes quantités de verre et d’autres matériaux des sites d’enfouissement, dont le nombre est limité.
• Prévention de la pollution : Un recyclage adapté empêche des substances dangereuses comme le plomb et le cadmium de s’infiltrer dans les sols et les eaux.
• Préservation des ressources : Le verre, l’aluminium et le silicium récupérés peuvent être réutilisés, ce qui réduit le besoin en nouvelles matières premières et la consommation d’énergie.
• Réduction des émissions de gaz à effet de serre : L’utilisation de matériaux recyclés dans la fabrication du verre réduit les émissions de CO2 par rapport au recours à des ressources vierges.

Sur le plan économique, l’enjeu est de rendre le recyclage rentable. La faible valeur des matériaux récupérés et les coûts de traitement élevés constituent des obstacles. Les subventions publiques, l’innovation technologique et la création de produits recyclés à plus forte valeur ajoutée font toutes partie de la solution.

Fukushima, un modèle pour le pays

Le rôle moteur de Fukushima dans le recyclage des panneaux solaires est important à plusieurs égards. La préfecture affiche la plus forte production annuelle d’énergie solaire du Japon et s’est résolument employée à développer les énergies renouvelables depuis la catastrophe nucléaire de 2011. Son expérience en matière de création d’infrastructures de recyclage, de coopération entre entreprises et d’obtention du soutien des pouvoirs publics pourrait servir de modèle à d’autres régions confrontées à des défis similaires.

Par ailleurs, les efforts de Fukushima s’inscrivent dans une évolution plus large vers une économie circulaire dans le secteur des énergies renouvelables au Japon. Des initiatives comme le « Soma Circular Park » et le lancement de plateformes en ligne dédiées au réemploi et au recyclage des panneaux solaires témoignent d’une attention croissante portée à la durabilité et à l’efficacité dans l’utilisation des ressources.

Quelles perspectives pour le recyclage des panneaux solaires au Japon ?

Avec l’augmentation du nombre de panneaux solaires mis hors service, le Japon va devoir démontrer qu’il est capable de gérer durablement les déchets liés aux énergies renouvelables. Parmi les mesures à prendre figurent :

• Développer les activités de recyclage pour traiter chaque année des centaines de milliers de tonnes de panneaux.
• Mettre au point des technologies de recyclage efficaces et abordables.
• Mettre en place et faire appliquer une réglementation imposant le recyclage.
• Encourager la fabrication de produits recyclés à forte valeur ajoutée afin d’améliorer la rentabilité.
• Favoriser le réemploi des panneaux lorsque cela est possible, notamment dans les régions où les exigences de performance sont moins strictes.

La réussite nécessitera une coopération continue entre les pouvoirs publics, les entreprises et les instituts de recherche, ainsi que le soutien du public en faveur de pratiques énergétiques durables.

En résumé

• Le Japon est confronté à une crise imminente des déchets issus des panneaux solaires : jusqu’à 800 000 tonnes par an sont attendues d’ici à la fin des années 2030.
• La préfecture de Fukushima ouvre la voie en recyclant le verre des panneaux solaires pour en faire un matériau isolant, et pourrait ainsi servir de modèle à l’échelle nationale.
• Le recyclage se heurte à des coûts élevés, à une complexité technique et à la nécessité de déployer des opérations à grande échelle.
• Des technologies innovantes et des subventions publiques contribuent à rendre le recyclage plus viable.
• Une réglementation instaurant le recyclage obligatoire est en cours d’élaboration afin de répondre aux préoccupations environnementales et liées aux ressources.
• Le rôle moteur de Fukushima témoigne d’une évolution plus large vers une économie circulaire dans le secteur des énergies renouvelables au Japon.
• Le recyclage efficace des panneaux solaires est essentiel à la durabilité à long terme de la transition énergétique du Japon.