Các tấm pin mặt trời mới từ rác thải pin mặt trời
của Georg Mathisen, Đại học Khoa học và Công nghệ Na Uy
Đây là vàng đen—bột silicon thường được coi là chất thải và bị loại bỏ. Bây giờ nó sẽ được sử dụng để chế tạo các tấm pin mặt trời mới tại một trong các phòng thí nghiệm của SINTEF. Ảnh: Thor Nielsen
Năng lượng mặt trời là tin tốt cho hành tinh Trái đất—nhưng các tấm pin mặt trời không thân thiện với khí hậu như lẽ ra chúng phải thế. Nhà nghiên cứu Martin Bellmann đang sử dụng cái mà ông gọi là vật liệu phế thải "vàng đen" từ quá trình sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời để chế tạo tấm pin mới.
Năng lượng mặt trời là năng lượng sạch. Tinh khiết và đơn giản. Nhưng mọi thứ bắt đầu trở nên phức tạp khi nói đến việc lấy nguyên liệu thô mà chúng ta cần để chế tạo các tấm pin mặt trời. Hầu hết các nguyên liệu thô này không chỉ đến từ Trung Quốc mà còn có tới 1/3 nguyên liệu bị thất thoát trong quá trình sản xuất.
Martin Bellmann nói: “Nhưng có thể phục hồi vật liệu này như là một phần của quá trình sản xuất. "Và có thể điều này sẽ cho phép chúng tôi thiết lập một ngành công nghiệp mới dựa trên năng lượng mặt trời ở châu Âu," ông nói. Bellmann là Nhà phát triển kinh doanh cấp cao tại SINTEF Industry và đang chỉ đạo dự án tấm pin mặt trời quốc tế có tên Icarus. Các tấm pin mặt trời hiện chiếm 60% tăng trưởng toàn cầu về năng lượng tái tạo.
Từ thạch anh đến silicon tinh thể
Bellmann giải thích cách các tấm pin mặt trời bắt đầu với thạch anh khoáng chất, được sử dụng để tạo ra silicon siêu tinh khiết. Đầu tiên, silicon được nấu chảy trong nồi nấu kim loại và tinh thể silicon hoặc thỏi được kéo ra.
Bellmann cho biết: “Thỏi tạo thành một loại hình trụ phát triển và lớn lên bằng cách từ từ kéo silicon ra khỏi nồi nấu kim loại”. Ông nói: “Sau đó, nó được cắt để tạo thành một khối có cạnh vuông được xẻ thành các lát mỏng, hoặc các tấm mỏng, như các nhà nghiên cứu của chúng tôi gọi chúng.
Một tấm wafer điển hình chỉ dày 0,13 mm (13 micromet) và chính những tấm wafer này được sử dụng để chế tạo các tấm pin mặt trời.
Nhưng tất cả quá trình cưa này đều tạo ra rất nhiều bột "mùn cưa". Nó giống như cưa một tấm ván gỗ - một số gỗ bị mất đi dưới dạng mùn cưa. Điều tương tự cũng xảy ra khi bạn nhìn xuyên qua một thỏi silicon, ngay cả khi bạn sử dụng dây kim cương mỏng. Một số tài liệu sẽ luôn bị mất dưới dạng "bột silicon".
Chất thải cưa 35%
Bellmann nói: “Chúng tôi mất 35% silicon ở dạng bột đen.
Chính loại bột này, mà ông gọi là vàng đen mới, mà các nhà nghiên cứu đang hướng tới khai thác.
Bellmann nói: “Ngày nay, chúng ta chỉ cần vứt bỏ loại bột này. Những gì dự án Icarus đang làm, trước hết là tìm cách đưa bột trở lại chuỗi giá trị và sử dụng nó để tạo ra các tinh thể silicon và tấm pin mặt trời," ông nói.
Bột được thu thập trong hỗn hợp bùn lỏng cũng chứa các chất gây ô nhiễm từ quá trình cưa như oxy, carbon, niken, sắt và nhôm.
Bellman nói: “Silicon bị ô nhiễm bởi những kim loại này không tốt cho việc sản xuất tấm pin mặt trời”.
Đây là lý do tại sao anh ấy đang làm việc cùng với các đối tác của dự án Icarus để tìm cách khử nhiễm bột silicon để có thể tái chế nó làm nguyên liệu thô cho các tấm pin mặt trời mới. Những gì ngày nay chúng ta coi là chất thải có thể được sử dụng trong các sản phẩm khác như pin xe điện. Một số đối tác đang thử nghiệm các cách khác nhau để tách silicon khỏi hỗn hợp bị ô nhiễm.
Một dự án toàn châu Âu
Đương nhiên, mục đích là để khai thác tốt hơn nguồn nguyên liệu thô, từ đó sẽ tốt cho môi trường và khí hậu. Nhưng đó cũng là một mục tiêu đã được tuyên bố rằng châu Âu cần đạt được khả năng tự cung tự cấp lớn hơn.
Bellmann nói: “Ngành tấm pin mặt trời của châu Âu đã từng lớn hơn bây giờ, nhưng mọi thứ đã được chuyển sang Trung Quốc. Ông nói: "Ngày nay, chúng tôi phụ thuộc rất nhiều vào nguyên liệu thô từ châu Á và silicon cũng không ngoại lệ. Chúng tôi dự định sử dụng bột silicon để giúp giảm sự phụ thuộc vào Trung Quốc".
Bellmann đang hy vọng rằng dự án nghiên cứu Icarus sẽ tạo cơ sở cho một ngành công nghiệp mới, có lẽ cũng ở Na Uy. Năng lượng của Na Uy là sạch, và đây là một lợi thế lớn trong bối cảnh này.
Tái chế silicon, v.v.
Một phần thưởng từ dự án Icarus là các nhà nghiên cứu đang lên kế hoạch tái chế các chén nung thạch anh được sử dụng để nấu chảy silicon trước khi nó được kéo thành tinh thể.
Bellmann nói: “Chiếc nồi nấu kim loại bị nứt khi chúng nguội đi trong lò nấu chảy. Ông nói: "Mỗi khi nấu chảy một ít thạch anh, bạn phải lấy một cái nồi nấu kim loại mới và vứt cái cũ đi. Mục đích của chúng tôi là sử dụng cái này làm nguyên liệu thô để sản xuất cacbua silic".
Cacbua silic được sử dụng trong ngành công nghiệp điện tử, trong số những ngành khác, và xe điện chỉ là một trong nhiều sản phẩm có chứa vật liệu này.
Bellmann nói: “Thông thường, chúng tôi sử dụng cái gọi là thạch anh có độ tinh khiết cao để tạo ra cacbua silic, nhưng loại này rất đắt. Ông nói: “Ý tưởng của chúng tôi là có thể thay thế thạch anh có độ tinh khiết cao bằng chất thải từ nồi nấu kim loại, về bản chất cũng là thạch anh có độ tinh khiết rất cao.
Dự án Icarus cũng đang xem xét tái chế chất thải than chì làm nguyên liệu thô để sử dụng cho pin, trong số những thứ khác.
Bellmann nói: “Than chì có độ tinh khiết cao cũng bị loại bỏ. "Nó được sử dụng trong lò nướng các tinh thể silicon được kéo ra nhưng thỉnh thoảng phải được thay thế vì nó mất đi các đặc tính của nó. Dự án Icarus hiện đang làm việc với chất thải than chì, với mục đích tái chế nó," ông nói.
