Нові сонячні панелі з відходів сонячних батарей

Сонячна енергія — хороша новина для планети Земля, але сонячні батареї не настільки сприятливі для клімату, як мали б бути. Дослідник Мартін Беллманн використовує те, що він називає «чорним золотом» відходів виробництва сонячних панелей, для виготовлення нових панелей. Сонячна енергія – це чиста енергія. Чисто і просто. Але все починає ускладнюватися, коли справа доходить до отримання сировини, необхідної для виготовлення сонячних панелей. Мало того, що більша частина цієї сировини надходить з Китаю, а ще третина матеріалу втрачається під час виробничого процесу.

«Але можна відновити цей матеріал у рамках виробничого процесу», — каже Мартін Беллманн. «І, можливо, це дозволить нам створити нову сонячну промисловість у Європі», — каже він. Беллманн є старшим бізнес-розробником у SINTEF Industry та очолює міжнародний проєкт сонячних панелей під назвою Icarus. На сьогодні сонячні панелі становлять 60% глобального зростання відновлюваної енергії.

Від кварцу до кристалічного кремнію

Беллманн пояснює, як сонячні панелі починаються з мінералу кварцу, який використовується для виробництва надчистого кремнію. Спочатку кремній розплавляють у тиглі та витягують кристал кремнію, або злиток.

«Злиток утворює свого роду циліндр, який росте й росте, повільно витягуючи кремній із тигля», — говорить Беллманн. «Потім його розрізають, щоб утворити квадратний блок, який розпиляють на тонкі скибочки або вафлі, як їх називаємо дослідники», — каже він.

Типова пластина має товщину всього 0,13 міліметра (13 мікрометрів), і саме ці пластини використовуються для виготовлення сонячних панелей.

Але в результаті всього цього пиляння утворюється велика кількість «тирси». Це схоже на розпилювання дерев’яної дошки — частина деревини втрачається у вигляді тирси. Те ж саме відбувається, коли ви пропилюєте кремнієвий злиток, навіть якщо використовуєте тонкі алмазні дроти. Частина матеріалу завжди буде втрачена як «кремнієвий порошок».

Відходи пиляння 35%

«Ми втрачаємо 35% кремнію у вигляді чорного порошку», — каже Беллманн.

Саме цей порошок, який він називає новим чорним золотом, дослідники прагнуть використати.

«Сьогодні ми просто викидаємо цей порошок, — каже Беллманн. Те, що проєкт Icarus робить, перш за все, шукає способи повернути порошок у ланцюжок створення вартості та використовувати його для виготовлення кристалів кремнію та сонячних панелей», — каже він.

Порошок збирається в суміші рідкого осаду, яка також містить забруднювачі в процесі розпилювання, такі як кисень, вуглець, нікель, залізо та алюміній.

«Кремній, забруднений цими металами, не підходить для виробництва сонячних панелей», — каже Беллман

Ось чому він разом із партнерами по проєкту Icarus працює над пошуком способів знезараження кремнієвого порошку, щоб його можна було переробити як сировину для нових сонячних панелей. Те, що ми сьогодні вважаємо відходами, може бути використане в інших продуктах, таких як акумулятори для електромобілів. Кілька партнерів випробовують різні способи відокремлення кремнію від забрудненої суміші.

Загальноєвропейський проєкт

Звичайно, мета полягає в тому, щоб краще використовувати сировину, що, своєю чергою, буде корисним для навколишнього середовища та клімату. Але це також заявлена ​​мета, що Європа повинна досягти більшої самодостатності.

«Європейський сектор сонячних панелей колись був більшим, ніж зараз, але все було перенесено до Китаю», — каже Беллманн. «Сьогодні ми сильно залежимо від сировини з Азії, і кремній не є винятком. Ми плануємо використовувати кремнієвий порошок, щоб зменшити нашу залежність від Китаю», — говорить він. Беллманн сподівається, що дослідницький проєкт Icarus стане основою для нової галузі, можливо, також у Норвегії. Норвезька енергія чиста, і це є головною перевагою в цьому контексті.

Перероблення кремнію тощо

Бонусом проєкту Icarus є те, що дослідники планують переробити кварцові тиглі, які використовуються для плавлення кремнію, перш ніж його витягнуть у кристали.

«Тиглі ламаються, коли вони охолоджуються в плавильній печі», — каже Беллман. «Кожного разу, коли ви виплавляєте кварц, вам доводиться брати новий тигель і викидати старий. Наша мета — використовувати його як сировину для виробництва карбіду кремнію», — каже він.

Карбід кремнію використовується, зокрема, в електронній промисловості, а електромобілі є лише одним із багатьох продуктів, які містять цей матеріал.

«Зазвичай ми використовуємо так званий високочистий кварц для виготовлення карбіду кремнію, але це дуже дорого», — каже Беллманн. «Наша ідея полягає в тому, що можна було б замінити кварц високої чистоти відходами з тигля, які, по суті, також є кварцом дуже високої чистоти», — говорить він.

Проєкт Icarus також розглядає можливість перероблення відходів графіту як сировини для використання в акумуляторах, зокрема.

«Високочистий графіт також викидається», — каже Беллманн. «Він використовується в печах, де кристали кремнію витягуються, але його потрібно час від часу замінювати, оскільки він втрачає свої властивості. Зараз проєкт Icarus працює з графітовими відходами з метою їх перероблення», — говорить він. Джерело