Redukcja odpadów powstałych w produkcji paneli słonecznych poprzez recykling pyłu krzemowego
Wafle krzemowe – ultracienkie półprzewodniki używane w produkcji paneli słonecznych – są wykrawane z dużych bloków krzemowych. W procesie tym powstaje jednak wiele odpadów – podczas cięcia przemysłowego traci się nawet 50% cennego materiału w postaci drobnego proszku krzemowego. W ramach finansowanego ze środków UE projektu SIKELOR naukowcy szukali sposobów na recykling pyłu krzemowego, co pozwoliłoby na zmniejszenie ilości odpadów przemysłowych w branży, na którą wywierana jest presja ze strony tanich producentów spoza Europy. „Grubość wafla krzemowego wynosi około 10 do 20 mikronów, a grubość drutu tnącego jest niemal taka sama. Oznacza to, że około połowa materiału stanowi odpad z procesu cięcia” – mówi koordynator projektu Sven Eckert, fizyk z Heimholtz Centre Dresden-Rossendorf Heimholtz Centre Dresden-Rossendorf. Głównym celem zespołu składającego się zarówno z pracowników naukowych I naukowców z branży było opracowanie pojedynczego procesu obejmującego prasowanie I topienie cennych odpadów krzemowych I oddzielenie zanieczyszczeń tak, aby odpady te mogły być wykorzystane ponownie do produkcji paneli słonecznych. „Zanieczyszczenia pogarszają wydajność paneli słonecznych. Na końcu procesu recyklingu oczekuje się bardzo czystych materiałów” – mówi dr Eckert. Prasowanie I topienie Na samym początku zespół opracował proces prasowania drobnego proszku w celu uzyskania granulatu. „Nie jest to jednak takie proste” – zauważa dr Eckert, ponieważ niewielkie cząsteczki stwarzają ryzyko wybuchu I nie jest łatwo je sprasować. Partner projektu, firma GARBO z Włoch, specjalizuje się w oczyszczaniu odzyskanego krzemu I posiada doświadczenie w bezpiecznej produkcji takiego granulatu. Jednakże cząstki węgla obecne w pyle powodują, że w procesie topienia powstaje produkt uboczny – małe cząsteczki węglika krzemu w postaci stałej. Muszą one zostać usunięte jak najszybciej, aby na powierzchni proszku krzemowego nie zaszedł proces utleniania, w którym wytwarzany jest dwutlenek krzemu. W ramach projektu wykorzystano ogrzewanie indukcyjne do topienia granulatu I usunięcia zanieczyszczeń. Pole magnetyczne o wysokiej częstotliwości wprawia w ruch przewodzący prąd elektryczny roztopiony materiał, skutecznie „mieszając” go, dzięki czemu redukowana jest zawartość tlenu w roztopionym materiale. „Topienie sprzyja odtlenianiu, ale jeśli w roztopionym materiale obecny jest węglik krzemu, do oczyszczania wymagane jest zastosowanie odpowiedniego pola magnetycznego o wysokiej częstotliwości” – mówi dr Eckert. Na tym etapie zanieczyszczenia w postaci węglika krzemu odkładają się na ścianach pieca tyglowego, skąd można je usunąć. Zmniejszenie strat podczas cięcia bloku krzemu Krzem stosunkowo dobrze przekształca energię ze światła słonecznego na energię elektryczną w ogniwach fotowoltaicznych. Dr Eckert podkreśla, że większość energii jest zużywana w samym procesie produkcji krzemu I duża ilość materiału w postaci opiłków stanowi straty produkcyjne. W ramach tego procesu opracowanego przez naukowców uczestniczących w projekcie tę stratę materiału z bloku krzemu udało się zmniejszyć z około 50% do zaledwie 5–10% – to znaczna oszczędność, która przyczyni się do poprawy konkurencyjności europejskiego przemysłu fotowoltaicznego. Na Uniwersytecie w Padwie stworzono narzędzie demonstracyjne, które umożliwia przeprowadzanie badań niezawodności technologii przed rozpoczęciem prac nad wprowadzeniem procesu do użytku przemysłowego.
Słowa kluczowe
SIKELOR, odpady krzemowe, energia słoneczna, energia, recykling
