Солнечная энергия — хорошая новость для планеты Земля, но солнечные панели не так безвредны для климата, как должны бы быть. Исследователь Мартин Беллманн использует отходы производства солнечных батарей, которые он называет «черным золотом», для изготовления новых панелей.
Солнечная энергия — это чистая энергия. Чисто и просто. Но все становится сложнее, когда дело доходит до получения сырья, необходимого для изготовления солнечных батарей. Мало того, что большая часть этого сырья поступает из Китая, так еще и треть материала теряется в процессе производства.
«Но этот материал можно восстановить в рамках производственного процесса», — говорит Мартин Беллманн. «И, возможно, это позволит нам создать новую отрасль солнечной энергетики в Европе», — говорит он. Беллманн является старшим разработчиком бизнеса в SINTEF Industry и возглавляет международный проект по производству солнечных панелей под названием Icarus. Солнечные панели в настоящее время обеспечивают 60% глобального роста возобновляемой энергии.
От кварца к кристаллическому кремнию
Беллманн объясняет, как солнечные панели начинаются с минерального кварца, который используется для производства сверхчистого кремния. Сначала кремний расплавляют в тигле и извлекают кристалл кремния или слиток.
«Слиток образует своего рода цилиндр, который растет и растет, медленно вытягивая кремний из тигля», — говорит Беллманн. «Затем его разрезают, чтобы сформировать блок с квадратными сторонами, который распиливают на тонкие ломтики, или вафли, как их называют мы, исследователи», — говорит он.
Типичная пластина имеет толщину всего 0,13 миллиметра (13 микрометров), и именно эти пластины используются для изготовления солнечных батарей.
Но все это распиливание приводит к большому количеству порошка «опилок». Это похоже на распиливание деревянной доски — часть древесины теряется в виде опилок. То же самое происходит, когда вы пилите кремниевый слиток, даже если вы используете тонкую алмазную проволоку. Некоторый материал всегда будет потерян как «порошок кремния».
Отходы лесопиления 35%
«Мы теряем 35% кремния в виде черного порошка», — говорит Беллманн.
Именно этот порошок, который он называет новым черным золотом, и собираются использовать исследователи.
«Сегодня мы просто выбрасываем этот порошок», — говорит Беллманн. «Что делает проект Icarus, прежде всего, ищет способы вернуть порошок в цепочку создания стоимости и использовать его для изготовления кристаллов кремния и солнечных батарей», — говорит он.
Порошок собирается в жидкой смеси шлама, которая также содержит загрязняющие вещества, образующиеся в процессе распиловки, такие как кислород, углерод, никель, железо и алюминий.
«Кремний, загрязненный этими металлами, не годится для производства солнечных панелей», — говорит Беллман.
Вот почему он работает вместе с партнерами по проекту Icarus, чтобы найти способы обеззараживания кремниевого порошка, чтобы его можно было переработать в качестве сырья для новых солнечных панелей. То, что сегодня мы считаем отходами, может быть использовано в других продуктах, таких как аккумуляторы для электромобилей. Ряд партнеров тестируют различные способы выделения кремния из загрязненной смеси.
Общеевропейский проект
Естественно, цель состоит в том, чтобы лучше использовать сырье, что, в свою очередь, будет полезно для окружающей среды и климата. Но также заявлена цель, чтобы Европа достигла большей самодостаточности.
«Европейский сектор солнечных панелей когда-то был больше, чем сейчас, но все было перемещено в Китай», — говорит Беллманн. «Сегодня мы сильно зависим от сырья из Азии, и кремний не является исключением. Мы планируем использовать кремниевый порошок, чтобы уменьшить нашу зависимость от Китая», — говорит он.
Беллманн надеется, что исследовательский проект Icarus станет основой для новой отрасли, возможно, также и в Норвегии. Норвежская энергия чистая, и в данном контексте это большое преимущество.
Переработка кремния и многое другое
Преимущество проекта «Икар» заключается в том, что исследователи планируют перерабатывать кварцевые тигли, которые используются для плавки кремния, прежде чем он будет вытянут в кристаллы.
«Тигли ломаются, когда остывают в плавильной печи», — говорит Беллманн. «Каждый раз, когда вы выплавляете немного кварца, вы должны брать новый тигель и выбрасывать старый. Наша цель — использовать его в качестве сырья для производства карбида кремния», — говорит он.
Карбид кремния используется, в частности, в электронной промышленности, а электромобили — лишь один из многих продуктов, содержащих этот материал.
«Обычно мы используем так называемый кварц высокой чистоты для производства карбида кремния, но это очень дорого», — говорит Беллманн. «Наша идея состоит в том, что можно было бы заменить кварц высокой чистоты отходами тигля, который, по сути, также является кварцем очень высокой чистоты», — говорит он.
Проект Icarus также направлен на переработку отходов графита в качестве сырья для использования, в частности, в батареях.
«Графит высокой чистоты также выбрасывается», — говорит Беллманн. «Он используется в печах, где кристаллы кремния извлекаются, но время от времени его необходимо заменять, потому что он теряет свои свойства. В настоящее время проект Icarus работает с графитовыми отходами с целью их переработки», — говорит он.
