Вопросы экологии производства солнечных модулей

Узнаем какой вред приносит производство солнечных модулей. Но рассмотрим производство только кремниевых солнечных модулей.

В прессе и социальных сетях периодически встречаются статьи и комментарии о вреде производства солнечных модулей для окружающей среды.

Как влияет производство солнечных модулей на окружающую среду

Всякое производство чего бы то ни было — это вмешательство в первозданную природу, и в этом смысле вредно. Нас, однако, интересуют сравнительные оценки ущерба, ведь рассуждая о вреде производства солнечных модулей комментаторы, вероятно, подразумевают какой-то особый, серьезный вред.

В данной статье мы будем рассматривать только производство кремниевых солнечных модулей, поскольку на эти устройства приходится 95% годовых объемов рынка солнечной энергетики, а погружение в тонкоплёночные технологии, которые на мировом рынке не играют практически никакой роли, потребует расширения этой статьи.

Здесь мы также не будем касаться вопросов углеродного следа производства солнечных панелей, поскольку они хорошо изучены, и мы уже уделяли им достаточно внимания (см. статьи «О расходе энергии для разных технологий генерации и их углеродном следе» и «Энергетическая окупаемость солнечной энергетики»).

Начну с того, что производство солнечных модулей состоит из ряда последовательных этапов, представляющих собой отдельные технологические процессы. Вот, например, на картинке от Солар Системс эти этапы изображены:

В мире найдётся не так много компаний, который выполняют все эти операции «под одной крышей». Собственно, непосредственно к процессам производства солнечных модулей можно отнести только плавку слитков, нарезку пластин, изготовление солнечных элементов (solar cells) и сборку самих панелей. И именно этими процессами как правило ограничиваются компании-производители солнечных батарей, а многие из них довольствуются одним-двумя процессами.

Производство сырья, из которого плавят слитки, то есть поликристаллического кремния (поликремния) — это не специфический, т.е. присущий не только солнечной энергетике процесс, поскольку поликремний широко применяется в электронике (полупроводники). И как раз этот самый процесс — производства поликремния — является самым вредным во всей цепочке. Этим процессом в мире занимается сегодня относительно небольшой круг компаний (см. статью «О рынке поликристаллического кремния – ключевого сырья для солнечной энергетики»).
 
Технология производства в двух словах такова. Из кварца получают металлургический кремний, а из него более чистый поликристаллический кремний (poly-Si). В процессе преобразования металлургического кремния в поликристаллический выделяется побочный продукт тетрахлорид кремния, негорючее вещество, но очень вредное. Процесс включает в себя реакцию соляной кислоты с металлургическим кремнием для получения трихлорсилана. Трихлорсилан затем реагирует с водородом, в результате чего получается поликремний вместе с жидким кремниевым тетрахлоридом.

В конце 2000-х — начале 2010-х годов в Китае не было надлежащих стандартов по обращению с тетрахлоридом кремния, что приводило к загрязнению окружающей среды данным побочным продуктом (и не только им). В настоящее время во всех странах, где производится поликремний (КНР, США, Норвегия, Германия, Южная Корея …) соответствующие стандарты приняты, и основные производители перерабатывают эти отходы, чтобы производить больше поликремния.

Для получения поликремния из тетрахлорида кремния требуется меньше энергии, чем при его выделении из сырого диоксида кремния, таким образом утилизация этих отходов — достаточно выгодное предприятие, хотя и требующее дополнительных инвестиций. Сегодня все крупнейшие производители поликремния переходят на промышленные процессы замкнутого цикла (closed-loop), что обеспечивает значительное снижение воздействия на окружающую среду.

Дальнейший процесс производства солнечных элементов (ячеек) из поликремния состоит из множества этапов. На следующей картинке этот процесс изображен более детально (показано производство монокристаллических солнечных элементов, включая производства поликремния).

Некоторые из указанных операций также требуют использования химических веществ разных классов опасности.

«Процесс изготовления фотоэлементов включает в себя использование ряда опасных материалов, большинство из которых используются для очистки поверхности полупроводников. Сюда относятся соляная кислота, серная кислота, азотная кислота, фтористый водород, 1,1,1 трихлорэтан и ацетон», — отмечает Союз обеспокоенных ученых (UCS).

В 2011 году случился скандал, вызванный тем, что на заводе, принадлежащем китайской JinkoSolar (сегодня это производитель солнечных модулей номер один в мире), произошёл сброс в реку плавиковой кислоты, которая используется при производстве кремниевых солнечных элементов (это не единственное и не основное её применение).

Погибла рыба, погибли свиньи у фермеров, курс акций компании на бирже упал на 40%… В 2017 JinkoSolar получила первый в Китае C2C (Cradle-to-Cradle) сертификат, подтверждающий приверженность компании высоким стандартам по охране окружающей среды, здоровья и безопасности своей продукции, а также продвижению лучших экологических и устойчивых практик в солнечной энергетике. Компания также входит в число лидеров экологического рейтинга, составляемого американской НКО Silicon Valley Toxics Coalition.

Отношение к охране окружающей среды и экологии в Китае сегодня совсем не такое, каким оно было ещё пять лет назад. Во всех секторах экономики, в том числе, разумеется, в солнечной индустрии, внедряются самые жесткие стандарты. Мы это видим, скажем, и по китайской угольной энергетике, где нынче внедрены самые жесткие в мире(!) стандарты выбросов.

Значительная часть процессов производства солнечных модулей относится к химическому производству. Даже в названии одного из ведущих производителей поликристаллического кремния, Wacker Chemie, присутствует слово «химия». Являются ли предприятия химической промышленности вредными? Вопрос, так сказать, детский. Эти предприятия необходимы в рамках сложившейся системы народного хозяйства, а их влияние на окружающую среду регулируется и управляется соответствующими нормами и системами надзора.

Как и в сотнях других секторов промышленности, в производстве солнечных модулей используются определенные химические вещества. Практически во всех странах, где есть производство солнечных модулей, действуют соответствующие стандарты, нормы, правила по обращению с этими веществами. Мы здесь не можем оценить содержание этих норм и эффективность их применения для каждой юрисдикции.

Да, принято считать, что в Европе по сравнению с Юго-Восточной Азией и нормы строже, и надзор эффективнее. В то же время следует отметить, что в мире в целом сегодня отмечается тенденция к ужесточению стандартов, касающихся защиты окружающей среды, а также отслеживанию экологического следа того или иного продукта по всей производственной цепочке. Про КНР мы уже сказали выше.

Промышленная деятельность в солнечной индустрии является чрезвычайно наукоемкой. Идёт постоянный процесс НИОКР, постоянное совершенствование, направленное на снижение материалоемкости. Например, на графике мы видим, как снижается потребления кремния на ватт солнечного элемента:

В этом смысле в отрасли также отмечается постоянное снижение удельного экологического следа. Ватт, произведенный сегодня, содержит в себе гораздо меньше вреда для окружающей среды, чем это было вчера.

Подведём итоги. Гринпис в одной из своих давнишних работ по экологии фотоэлектрической солнечной индустрии в КНР отмечал, что «препятствия, которые лежат между Китаем и чистым производством, связаны не с технологиями, а с желанием (волей)». Нет никакого «особо вредного» производства солнечных модулей, но случаются недостатки регулирования.

опубликовано econet.ru  

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet