研究主题一
退役太阳能板的材料回收：工艺及反应器设计与放大
主题负责人
Prof Yansong Shen
(UNSW)
Prof M. Akbar Rhamdhani
(Swinburne)
背景
退役太阳能板含有硅、玻璃和金属等宝贵资源，但现有回收方法通常耗能高、成本高且效率低。主要挑战包括缺乏自动化拆解、分层过程能耗高、金属回收不充分，以及难以将各步骤整合成可规模化的灵活系统。主题一探索新工艺和反应器设计，使光伏回收更快、更清洁、更适合工业部署。
目标
更智能的组件拆解与分选；
更节能的分层处理；
更绿色的金属提取；
工艺整合与优化；
移动式回收方案。
预期成果
本主题将提供可规模化、可持续的回收方案，以更低的能源消耗和成本实现更高的材料回收率。成果包括先进的反应器和工艺设计、优化的系统集成，以及可在大型设施和移动设备上应用的绿色提取方法。环保工艺将为清洁、灵活的光伏回收树立新标杆。相关认识也可用于更广泛的电子废弃物管理和关键材料回收，支持可再生能源技术的循环经济。
RT 1.1 更智能的组件拆解与分选
P1：自动拆解光伏组件，以节省时间和人力。
P2：通过先进筛网设计改进破碎、粉碎和颗粒分选，提高处理量。
P3：应用光学技术，使分选更快、更准确。
前期工作的启示
He, C., Zhuo, Y. & Shen, Y. (2026) 表明，辅助筛分使光伏电池碎片的分离比例从 31.7% 提高至 96.3%（质量分数），支持在分层处理后采用辅助筛分。
Chowdhury, H., Xie, Z. & Shen, Y. (2025) 利用考虑颗粒形状的离散单元法，确定了改善所研究颗粒混合物分选效果的筛分参数，为多层筛网的参数选择和优化奠定基础。
Luo, Z., Wang, S. & Shen, Y. (2025) 提出模拟非球形颗粒混合与破碎的离散单元法，支持研究粒径减小和颗粒形状对后续分选的影响。
Jin, X., Zhuo, Y., He, C., Xie, Z. & Shen, Y. (2024) 揭示旋转振动筛参数如何影响破碎光伏颗粒的分选，为筛分优化和放大提供操作范围。
Deng, R., Zhuo, Y. & Shen, Y. (2022) 指出，选择性分层和自动分选是提高回收率的关键，因此应改进组件拆解后的分选。
RT 1.2 更节能的分层处理
P4：重新设计热解反应器（移动床、回转窑、固定床），降低能源消耗。
P5：使用催化剂，使分层处理更清洁、更迅速。
P6：应用激光技术，实现精确、高效的材料分离。
前期工作的启示
Chowdhury, H., Chang, N. L., Song, S., Xie, Z., Zuo, J. & Shen, Y. (2026) 发现，基于激光的完全回收比部分回收带来更大的环境收益，但经济可行性依赖尚未证实的高处理量，支持研究激光处理能力与工艺整合。
Luo, Z., Tang, X., Xie, Z. & Shen, Y. (2025) 表明，碎片形状和床层高度影响喷动稳定性与颗粒混合，平底喷动床未必能有效混合片状颗粒，为反应器几何形状及操作范围选择提供依据。
showed that chip shape and bed height affect spouting stability and particle mixing, and that a flat-base spouted bed may not mix chip-like particles effectively; this informs reactor-geometry and operating-window selection.
Wang, S. & Shen, Y. (2024) 表明颗粒长宽比影响流化床传热，支持在反应器热模型中考虑颗粒形状。
Song, S. & Shen, Y. (2023) 开发并验证了片状颗粒填充床阻力关联式，可改善固定床反应器的流动和压降预测。
Deng, R., Zhuo, Y. & Shen, Y. (2022) 将分层识别为光伏回收的主要难题，支持研究更清洁、更有选择性且更易规模化的封装层分离方法。
Wang, S. & Shen, Y. (2022a) 模拟了固定床和鼓泡流化床中的 EVA 去除；鼓泡床效果更好，提高壁温使模型在 823 K 时预测的 EVA 去除率达到 99.99%，为反应器和温度选择提供依据。
Wang, S. & Shen, Y. (2022b) 模拟鼓泡流化床中片状颗粒的混合、分散和取向，为设计时考虑颗粒形状和气速提供基础。
RT 1.3 更绿色的金属提取
P7：采用环保、生物工程化学试剂进行浸出和蚀刻。
P8：重新设计浸出工艺和反应器，提高金属回收效果。
P9：开发电气拆解方法，简化材料回收。
前期工作的启示
He, C., Zhuo, Y. & Shen, Y. (2026) 将电池颗粒分选与硝酸浸出相结合，报告回收了组件中超过 98.9% 的银，为提取步骤提供一体化基准。
Tang, X., Wang, S., Jin, X. & Shen, Y. (2024) 表明旋转滚筒转速改变颗粒在液体中的混合与分散，为浸出反应器设计和工况选择提供依据。
Song, S., Zhuo, Y., Li, Q. & Shen, Y. (2024b) 结合浸出实验和 CFD–DEM 模型表明，相比基准设计，位置较低的双层叶轮设计使预测银浸出速率提高约 13%。
Song, S., He, C., Zhuo, Y., Yue, Y. & Shen, Y. (2023) 发现，粒径为 0.075—0.15 毫米的电池颗粒浸出效率约为 1.0—3.15 毫米颗粒的 1.3 倍，支持银回收试验的粒径选择。
Yue, Y., Zhuo, Y., Li, Q. & Shen, Y. (2022) 发现，如果在扩大旋转反应器规模时保持操作条件不变，银浸出效率可能下降，说明放大过程需保持流体动力学性能。
RT 1.4 工艺整合与优化
P10：将不同回收步骤整合为流畅的一体化系统。
P11：利用全厂建模优化效率并扩大回收规模。
前期工作的启示
He, C., Zhuo, Y. & Shen, Y. (2026) 将热解、辅助筛分和银浸出连接成一条回收流程，为一体化优化提供工艺接口。
Deng, R., Zhuo, Y. & Shen, Y. (2022) 比较了不同光伏回收路线的阶段、产率、设备与成本，指出选择性分离、可行的终端市场和总体工艺可行性之间的联系。
RT 1.5 移动式回收方案
P12：设计可前往现场的第二代移动回收设备，降低运输成本和排放。