Güneş panellerinin atık sorunu

Güneş ve rüzgâr enerjisi; doğal ve tükenmez, fosil enerji kaynaklarındaki gibi çevre kirliliği yaratmayan, karbondioksit emisyonunu azaltan enerji kaynağı olarak görülmektedir. Her iki enerji kaynağı üretiminin çevreye olumsuz etkileri de vardır.

Rüzgâr türbinleri ile güneş panellerinin çevresel etkilerine diğer yazılarımda bahsetmiştim [1, 2, 3, 4]. Bu yazıda ise, güneş enerjisi panellerinin atık sorununu ve bu panellerde kullanılan metallerin çevre ile insan sağlığına etkilerinden bahsettim.

Güneş enerjisinin, fosil yakıtlara sürdürülebilir bir alternatif olması, çevre üzerinde düşük bir etkiye sahip olması ve herhangi bir ülkenin onu üretme potansiyeline sahip olması gibi avantajları vardır. Buna karşın, yalnızca güneş parlarken enerji üretmesi, önemli miktarda araziye ihtiyaç duyması, bazı güneş teknolojilerinin nadir malzemeler gerektirmesi ve güneş panellerinde kullanılan metallerin çevre ve insan sağlığına olumsuz etkileri gibi dezavantajları da bulunmaktadır.

“Dünyanın dört bir yanında milyonlarca güneş paneli kullanım tarihlerine ulaştı. Geri dönüştürülemezler. Bu da yerel çöplüğe gönderilecekleri anlamına gelir. Her panel, galyum arsenit, tellür, gümüş, kristal silikon, kurşun, kadmiyum ve diğer ağır metallerin gerçek bir zehirli kokteylidir. Madde su tablasına sızdıkça su kaynakları, çevre ile insan sağlığı üzerindeki etkisini tahmin etmek zor değildir”. Güneş panelleri atıklarının bertaraf edilmesiyle ilgili olarak ise, “Amerika Birleşik Devletleri’nde kullanılan güneş panellerinin çoğunun yeniden kullanılmak veya çöpe atılmak üzere çok az elektriğe ve zayıf çevre korumasına sahip gelişmekte olan ülkelere gönderildiği; üçüncü dünya ülkelerine ihraç etmenin daha uygun olacağı” belirtiliyor [5].

İleride güneş panelleri atık sorunu ve bunlardan kaynaklı kirlilik yaşanmaması için, şimdiden çevre ile insan sağlığına olumsuz etkilerinin göz ardı edilmemesi ve bu konudaki önlemlerin alınması gereklidir.

Güneş panellerinde kullanılan metallerin çevre ve insan sağlığına etkileri

Bir güneş paneli esas olarak hücre adı verilen birkaç silikon kristal tabakasından oluşur. Bir güneş panelini oluşturan her hücre, bir alüminyum ve cam tabaka ile sıkıştırılmıştır. Birlikte, güneş ışığını elektriğe dönüştüren enerji üreten bileşenleri oluştururlar. Hücrelerin düzgün çalışması için çok saf silikon gerekir. Silikon atomlarına güneş ışığı vurduğunda, bir elektron fırlar ve mikrodalgada metali ısıttığınızda olana benzer bir kıvılcım oluşturur. Bu elektronlar, silikona eklenen metal safsızlık izleri aracılığıyla hücre boyunca taşınır ve bakır teller onu elektrik akımları olarak taşır [6].

Üretim genellikle çevredeki en zararlı sera gazlarından bazıları olan nitrojen triflorür ve kükürt heksaflorür içerir. Normalde silikon geri dönüştürülebilir. Ancak güneş pillerinin elektrik verimliliğini artırmak için kadmiyum ve kurşun gibi metaller eklenir. Bu, tehlikeli metalleri çıkarmak için önemli miktarda enerji gerektireceğinden, güneş pillerinin geri dönüştürülmesini zorlaştırır. Çoğu güneş enerjisi geri dönüşüm tesisi, hücrelerden değerli gümüş ve bakırı çıkarır ve ardından kirli cam ve plastik kasayı çimento fırınlarında yakarak geri dönüştürür. Süreç maliyetli ve zaman alıcı olduğundan, güneş enerjisi şirketlerinin ölü panelleri çöplüklere atması veya üçüncü dünya ülkelerine ihraç etmesi daha uygundur [6].

Fotovoltaik enerji sistemleri gittikçe yaygınlaşıyor ve güneş panelleri geniş alanlara yayılıyor. Ayrıca evlerin çatılarında gitgide yaygınlaşan milyonlarca güneş paneli var. Güneş panellerinin cam ve alüminyum malzemesi çevre için büyük bir sorun yaratmamasına karşın, güneş hücrelerinden oluşan paneller çeşitli ağır metaller, katkı maddeleri genellikle insan sağlığına ve doğaya zararlı olabilecek kimyasal maddeler içeriyorlar.

Güneş paneli atığı

Güneş panellerinde kullanılan metallerden kurşun ve kadmiyum insan sağlığına ve çevreye yüksek düzeyde zararlıdır. Güneş panellerinde yeterince yüksek miktarlarda bulunuyorsa, güneş paneli atığı tehlikeli atık sayılır [10].

Amerika Birleşik Devletleri’nde 2000’li yıllarda ilk kez piyasaya sürüldüklerinden bu yana, tonlarca güneş paneli kullanım ömrünün sonuna gelmesi, endüstri için ciddi bir sorun teşkil ediyor. Mevcut güneş paneli imha uygulamaları çevre dostu olmaktan uzaktır [6]. Tipik olarak 25 yıldan fazla bir ömre sahip olan güneş panelleri, ömürlerinin sonuna geldiğinde ve bir atık akışı haline geldiğinde, güvenli bir şekilde yönetilmeleri gerekir. Güneş fotovoltaik (PV) pazarı büyüdükçe, ömrünü tamamlamış panellerin hacmi de büyüyecektir. Örneğin 2030 yılına kadar Amerika Birleşik Devletleri’nin toplam bir milyon ton kadar güneş paneli atığı olması bekleniyor. 2050 yılına kadar, Amerika Birleşik Devletleri’nin, tahminen toplam 10 milyon ton panel ile Dünyadaki en fazla ikinci ömrünü tamamlamış panele sahip olması bekleniyor [10].

Perovskite güneş pilleri, silikon kristalleri yerine, genellikle kurşun olan metal kristallerden yapılır.

“ABD’de güneş pillerinin içindeki zehirli metalleri düzgün bir şekilde bertaraf etmek kolay olmadığı ve genel bir gözetim eksikliği olduğu için, onları düzenli depolama alanlarına atmak veya gelişmekte olan ülkelere göndermek genellikle daha ucuzdur. Güneş panelleri çöplüklerde oturdukça, içerdikleri zehirli metaller çevreye sızabilir ve yeraltı suyu kaynağına karışırsa muhtemelen halk sağlığı için tehlike oluşturabilir” diye bahsedilmektedir [6].

Güneş paneli atığı sorunu, daha fazla panel ömrünün sonuna yaklaştıkça büyümeye devam edecek. 2017 yılında Uluslararası Yenilenebilir Enerji Ajansı, dünya çapında yaklaşık 250.000 metrik ton güneş paneli atığı olduğunu tahmin ediyordu. Bu toplam 2050 yılına kadar 78 milyon metrik tona ulaşacak [6].

Kristal silikon fotovoltaik sistemlerden ağır metallerin ve metaloidlerin sızma potansiyeli

Güneş panel sistemlerinde bulunan metallerden kurşun, kadmiyum, lityum, stronsiyum, nikel, baryum, çinko ve bakır ile metaloidlerden selenyum tarafından zenginleştirilip zenginleştirilmediğini belirlemek için fotovoltaik modüllerin altından alınan toprağın analizleri yapılmıştır.

Kurşun ve kadmiyumun toprakta zenginleşmesinin fotovoltaik sistemlerinin daha yakınında artmadığı, selenyum, lityum, stronsiyum, nikel ve baryum değerlerin fotovoltaik sistemlerine yakın toprakta önemli bir artış saptanmıştır. Çinko ve bakır sistemlerin uzağında fazladır [11, 12]. Kurşun ve kadmiyum kaynağının fotovoltaik sistemlerinin sızıntı suları olduğu şeklindedir. Pb için yaban hayatı risk eşiği: 11 mikrogram-1 gram; kadmiyum için: 0,36 mikrogram-1 gramdır [11].

“Fotovoltaik paneller için, bu elementlerin sızması olası değildir, bu nedenle güneş panellerinden kurşun ve kadmiyum kirlenmesine ilişkin endişelerin çoğu, zamanla bozulan ve suya maruz kalan çöplüklere atılan panellerle ilgilidir” diye de başka bir görüş vardır   [12, 13].

Çalışma koşullarında, modül camındaki çatlaklar veya kusurlu laminasyonlar gibi hasarlı alanlardan modüllere su girerse, fotovoltaik panellerin toksik elementleri sızdırması mümkündür.

Baryum, nikel ve stronsiyum, fotovoltaik panellerin altındaki topraklarda önemli ölçüde daha yüksek olarak kaydedilmesine rağmen, bu elementler için kaydedilen miktarların tümü, EPA ve diğerleri tarafından tanımlanan toprak tarama değerlerinin çok altında saptanmıştır  [14].

Selenyumun, fotovoltaik panellerine yakın topraklarda önemli ölçüde daha yüksek olduğu gözlemlendiği belirtilmektedir. Selenyum risk eşiği toprak değerleri bitkiler için 0,52 mikrogram-1 gram ve memeliler için 0,63 mikrogram-1gramdır [11].

Öneriler

• Güneş enerjisi ucuz olacak söylemine karşı, aralıklı, mevsim, enlem ve hava durumuna bağlı güneş enerjisinin gerçek maliyetlerini azaltmak için kirlilik ve bertaraf maliyetlerinin yanı sıra habitat kayıplarını, güneş ısısı adalarını ve yedek güç üretimi veya pil ihtiyacı göz ardı edilmemeli.
• 20 yıl kadar kullanıldıktan sonra sökülüp ortadan kaldırılmasında ilgili koruyucu önlemlerin alınması gerekiyor. 20 yıl kadar sonra bunlar yenileriyle değiştirilmek zorunda olduğundan üretimin sürmesi ve bunlardaki ağır metallerin dolaşımı da söz konusudur.
• İleride bakım, onarım çalışmalarında, kuvvetli dolu, kaza ve yangınlarda da panellerdeki ağır metaller çevredeki toprak ve sulara, besinlere ulaşabileceğinden şimdiden önlem alınması gerekiyor.
• Güneş paneli içinde ne gibi kimyasal maddeler bulunduğu bilinmeli, olanaklı ise kadmiyumlu olanlar yerine magnezyumlu olanlar kullanılmalıdır.
• Perowskit tipi güneş panelleri geliştirilip içindeki kurşun insan ve çevreye zarar vermeyecek başka bir maddeyle değiştirilebilir ya da kurşun dışarıya sızmayacak şekilde kapsüllenebilirse perowskit panellerinin kullanımı yararlı olabilir [15].
• Üretim sırasında panellerde kullanılan kurşun, kadmiyum toksik metal taneciklerinin havaya ve çevreye yayılması önlenmelidir.
• Geniş arazilerde ve çatılarda kurulmuş olan panellerin bakım, onarım, kaza, kuvvetli yağış (dolu) hasarı, yangın, ileride panellerin sökümü sırasında ve çöpe atılmasında bunlardaki zehirli ağır metallerin toprak ve sulara karışmaması için daha başlangıçta planlama yapılmalıdır.
• Güneş enerjisi şirketlerinin üretim sırasında veya büyük güneş enerjisi “çiftliklerinin” işlemeyi durdurması ve yıkılmasından sonra oluşan atıkları bertaraf etmek, depolamak veya geri dönüştürmek için gerekli önlemleri almalı, yasal çerçeve belirlenmeli ve uygulanmalıdır.
• Tarım arazileri üzerinde GES kurulmamalıdır.
• Mera ve otlakları kaplayacak şekilde geniş alanlara GES kurulmamalıdır.
• Önlemlerin alınma yöntemlerini içeren bir yönetmelik hazırlanmalı ve uygulanması denetlenmelidir.

Dr. Eşref Atabey

Jeoloji Yüksek Mühendisi / Tıbbi Jeoloji uzmanı / Yazar

Kaynaklar

[1] Eşref Atabey. 2022. Rüzgâr türbinlerinin bal arıları ve arıcılığa etkileri- (https://www.temizmekan.com/ruzgar-turbinlerinin-bal-arilari-ve-ariciliga-etkisi/)

[2] Eşref Atabey. 2022. Rüzgâr türbinlerinin kuşlar ve yarasalara etkileri- (https://www.temizmekan.com/ruzgar-turbinlerinin-kuslara-ve-yarasalara-etkisi/)

[3] Eşref Atabey. 2022. Rüzgar türbinlerinin gürültü etkisi (https:/www.temizmekan.com/ruzgar-turbinlerinin-gurultu-etkisi/)

[4] Eşref Atabey. 2022. Güneş enerjisi santrallerinin çevresel etkileri (https://www.temizmekan.com/gunes-enerjisi-santrallerinin-cevresel-etkileri/ )

[5] https://stopthesethings.com/2020/10/10/lingering-legacy-millions-of-toxic-solar-panels-that-cant-be-recycled-destined-for-landfills/

[6] https://www.discovermagazine.com/environment/solar-panel-waste-the-dark-side-of-clean-energy

[10] https://www.epa.gov/hw/end-life-solar-panels-regulations-and-management

[11] U.S. Environmental Protection Agency. (2018, Dec 20). Ecological soil screening level. Retrieved from https://www.epa.gov/chemical-research/ecological-soil-screening

[12] Seth, A. Robinson ve George, A. Meindl. 2019.Potential for leaching of heavy metals and metalloids from crystalline silicon photovoltaic systems. Journal of Natural Resources and Development, 19- 24.

[13] Zapf-Gottwick, R., Koch, M., Fischer, K., Schwerdt, F., Hamann, L., Kranert, M., Metzger, J., & Werner, J. (2015). Leaching hazardous substances out of photovoltaic modules. International Journal of Advanced Applied Physics Research, 2(2), 7-14.

[14] Shahzad, B., Mughal, M. N., Tanveer, M., Gupta, D., & Abbas, G. (2016). Is lithium biologically an important or toxic element to living organisms? An overview. Environmental Science and Pollution Research, 24(1), 103–115.

[15] Yüksel Atakan. 2018. Güneş enerjisi panellerinin çevreye verdiği zararlar tartışılıyor. HBT Dergisi. Tarih: 29.6.2018