Джон Эндрес: Процесс плавки кремния бросает тень на «зеленые» требования к солнечным панелям

Джон Эндрес

Предлагаемый кремниевый завод PacWest/HiTest в Ньюпорте, штат Вашингтон, рекламировался как «зеленый» завод, поскольку часть его продукции, кремний металлургического качества, будет подвергаться дальнейшей переработке для использования в кремниевых солнечных панелях. «Выплавка» предполагает извлечение металла из руды, а «рафинирование» предполагает очистку извлеченного металла. Первоначально утверждалось, что 50% кремния, производимого на заводе, будет использоваться для солнечных панелей, но позже было высказано предположение, что только 5% будет использоваться для солнечных панелей на заводе REC Silicon в Мозес-Лейк. Большая часть кремния металлургического качества используется в металлургической и химической промышленности, и лишь небольшой процент подвергается дальнейшей очистке для удовлетворения требований высокой чистоты для электроники и солнечных панелей.

Кремниевые заводы имеют огромные потребности в электроэнергии и являются сильно загрязняющими объектами тяжелой промышленности. По данным Департамента экологии Вашингтона, предлагаемый металлургический завод будет включать в себя две печи с погруженной дугой и одну дымовую трубу высотой 157 футов; Предполагаемые ежегодные материалы будут включать 170 000 тонн кварцитовой породы (диоксид кремния), 150 000 тонн голубого драгоценного угля и древесного угля, а также 130 000 тонн древесной щепы для извлечения 73 000 тонн кремния металлургического качества в год. По оценкам, ежегодные выбросы будут включать более 766 000 тонн парниковых газов в год, а также десятки и сотни тонн других угольных токсинов в год. Согласно данным Программы отчетности по парниковым газам Агентства по охране окружающей среды за 2020 год, предлагаемый металлургический завод займет примерно 12-е место по величине промышленных выбросов парниковых газов в штате Вашингтон.

Постоянная поставка 105 мегаватт электроэнергии – более 900 миллионов киловатт-часов в год – потребуется для производства интенсивного тепла, необходимого для получения расплавленного кварца в смеси с углеродными восстановителями. По данным Управления энергетической информации США, среднее домохозяйство в США потребляет около 11 000 киловатт-часов в год. Годового потребления электроэнергии заводом будет достаточно, чтобы снабжать электроэнергией более 80 000 средних домов в год.

В процессе «карботермического восстановления», применяемом на заводе, углерод из угля, древесного угля и древесной щепы вступает в реакцию с диоксидом кремния с образованием диоксида углерода и элементарного кремния. Расплавленный кремний собирается из летки печи, а углекислый газ, а также другие парниковые газы и загрязняющие вещества выбрасываются в атмосферу.

Как может тяжелое промышленное предприятие, производящее продукцию, лишь часть которой используется для солнечных батарей, считаться «зеленым» предприятием? Научные статьи, описывающие методы расчета углеродного следа солнечных панелей, выявили некоторые удивительные и тревожные проблемы:

• Сообщенные значения углеродного следа кремниевых солнечных панелей, найденные в обзорной литературе, не включают процесс плавки кремния, что вызывает недоумение, поскольку кремний является важнейшим компонентом кремниевых солнечных панелей.

• Для расчета углеродного следа используется процесс, известный как «Оценка жизненного цикла» и «Инвентаризация жизненного цикла». Эти методы очень субъективны, дают противоречивые и несравнимые результаты, не регулируются стандартным унифицированным методом и обычно выполняются промышленностью, а не независимыми организациями.

• По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), выбросы парниковых газов из источников биомассы (щепы, древесного угля и т. д.) не учитываются в момент сгорания в энергетическом и промышленном секторах, включая плавку. Но мы все знаем, что при сжигании древесины и древесного угля выделяется дым (углекислый газ и другие газы). Ряд рассмотренных документов оспаривает метод учета биомассы МГЭИК.

• Потери углекислого газа из-за заготовки деревьев для получения древесной щепы и древесного угля, используемого в процессе плавки, не включены в углеродный след кремниевых солнечных панелей. Для восполнения потерь углекислого газа в результате вырубки деревьев может потребоваться от десятилетий до более чем 100 лет.

• Четкого и поддающегося количественному определению понятия «зеленый» не существует, а «зеленое отмывание» является постоянной проблемой.