Вред от солнечных батарей для экологии: есть ли предпосылки для такого мнения?
Буквально за последнее десятилетие гелио энергетика из экзотичного увлечения «зеленых» превратилась в стремительно растущую промышленную отрасль. Во многих развитых странах солнечные электростанции производят от 10% до 50% общего объема энергии. А к 2050 на возобновляемые источники может перейти половина мира. К сожалению, одним из следствий такого роста стал активно продвигаемый углеводородным лобби вопрос о вреде солнечных батарей для экологии. Разберемся подробнее, насколько данное утверждение соответствует действительности.
Процесс производства
Основой фотоэлектрических панелей являются полупроводниковые ячейки. Около 80% из них создается на базе кремния, 15% приходится на долю редкоземельных элементов, 5% составляют другие материалы.
Проблема №1. В процессе производства кремниевых батарей используются не только базовые, но и вспомогательные химические элементы. Например, алюмофторид натрия, пары которого ядовиты и могут вызывать серьезные повреждения кожных покровов, слизистых оболочек и ЦНС. До 99,5% канцерогенов при заводском производстве улавливается очистными фильтрами, но часть из них все же попадает в атмосферу. И это остается одним из факторов вреда солнечных панелей для экологии.
Проблема №2. Для изготовления редкоземельных фотоэлектрических панелей применяются еще более токсичные материалы, в частности германий, кадмий, теллур, фосфор и некоторые другие. Создание этой категории фотовольтаики сопровождается еще более строгими требованиями к безопасности, и на этапе производства опасные выбросы в окружающую среду практически отсутствуют.
Проблема №3. Вред для атмосферы, воды и грунтов в процессе сборки солнечной продукции в основном связан с качеством технологических процессов. И если американские, европейские или японские заводы строго соблюдают требования безопасности, в Китае уровень заботы об экологии часто оставляет желать лучшего.
По подсчетам некоторых экологов (часто, довольно сомнительных специалистов), изготовление фотоэлектрического оборудования в среднем на 40-50% более токсично в пересчете на единицу энергии, чем углеводородное производство. Однако это лишь первый этап полного цикла существования источников энергии, без учета «чистой» многолетней работы СЭС.
Кроме того, быстро совершенствующиеся батареи третьего поколения на основе органики, квантовых точек или перовскитов практически полностью безопасны. И через 10-15 лет о вреде для экологии новых солнечных панелей можно будет забыть.
Опасны ли солнечные панели для экологии?
Процесс эксплуатации
Для того, чтобы сравняться по «углеводородному следу» и совокупной токсичности для окружающей среды с ТЭС, солнечной электростанции необходимо проработать всего 2-3 года. Остальные 20 и более лет эксплуатации никакого негативного воздействия от СЭС не будет, чего нельзя сказать о традиционных установках на классическом топливе.
Абсолютная безопасность функционирования солнечных электростанций базируется на особенностях конструкции фотоэлектрических ячеек. Химически вредные элементы в них находятся в связанном состоянии, а сверху надежно защищены сверхпрочным слоем стекла и/или полимера.
Механическая и физико-химическая надежность панелей настолько высока, что в некоторых странах «солнечная крыша» начинает устанавливаться вместо традиционной кровли.
В процессе эксплуатации, в том числе с экологической точки зрения, гелио модули:
- отличаются нулевым уровнем вредного влияния на окружающую среду;
- не производят шума;
- служат до 25 лет и более;
- используют бесплатный и неисчерпаемый источник энергии;
- не требуют никаких финансовых затрат;
- позволяют не зависеть от качества поставки электроэнергии из традиционных сетей и способствуют важной частичной децентрализации распределения мощностей.
Примечание: Единственный вред для экологии в процессе эксплуатации наносят не солнечные батареи, а редко использующиеся крупные СЭС башенного типа. Их конструкция требует применения концентрической системы фокусирующих излучение зеркал, и высокоэнергетические лучи иногда приводят к гибели пролетающих мимо птиц.
Процесс утилизации
Наиболее серьезные вопросы вызывают проблемы с утилизацией, особенно панелей на базе токсичных редкоземельных элементов. Однако высокопроизводительные их варианты очень дороги и применяются в основном в аэрокосмической промышленности. А более дешевые модули, на базе теллурида кадмия, изготавливаются преимущественно солидными американскими производителями. Эти компании известны тем, что осуществляют безопасную утилизацию старых солнечных батарей без вреда для окружающей среды, причем за свой счет.
Дополнительным плюсом следует назвать современные технологии, позволяющие повторно использовать в производстве свыше 92% полупроводниковых материалов и 77% стекла. Это не только пропорционально снижает экологический вред, но и удешевляет изготовление очередных поколений солнечных батарей.
Заключение
Промышленная отрасль производства фотоэлектрических панелей и другого необходимого для СЭС оборудования действительно является экологически небезопасной. Однако измерять вред для окружающей среды любой производственной сферы следует в совокупности, учитывая полный цикл ее работы.
При таком подходе вред для экологии солнечных батарей значительно ниже, чем у станций, работающим на углеводородном, и, тем более, атомном топливе. А в самом ближайшем будущем гелио энергетика станет не только максимально безопасной, но и значительно более дешевой и доступной.
Источник
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.
Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.
Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:
Источник