ألواح شمسية جديدة من نفايات الألواح الشمسية لإزالة تلوث مسحوق السيليكون

الطاقة الشمسية، بالتأكيد مفيدة لكوكب الأرض، إلا أن الألواح الشمسية ليست صديقة للمناخ كما ينبغي أن تكون.

فالطاقة الشمسية هي طاقة نظيفة، بسيطة ونقية، لكن الأمور تبدأ في التعقيد عندما يتعلق الأمر بالحصول على المواد الخام التي نحتاجها لصنع الألواح الشمسية، لا تأتي معظم هذه المواد الخام من الصين فحسب، بل يتم فقد ما يصل إلى ثلث المواد أثناء عملية التصنيع .

يستخدم الباحث مارتن بيلمان، ما يسميه نفايات “الذهب الأسود” من تصنيع الألواح الشمسية لصنع ألواح جديدة، بيلمان هو مطور أعمال أول في صناعة SINTEF ويترأس مشروع الألواح الشمسية الدولية المسمى إيكاروس، تمثل الألواح الشمسية حاليًا 60٪ من النمو العالمي في الطاقة المتجددة.

كما يقول مارتن بيلمان، “لكن من الممكن استعادة هذه المواد كجزء من عملية الإنتاج”، “وربما سيمكننا هذا من إنشاء صناعة جديدة قائمة على الطاقة الشمسية في أوروبا”.

السيليكون البلوري

يشرح بيلمان كيف تبدأ الألواح الشمسية بالكوارتز المعدني، والذي يستخدم في صناعة السيليكون فائق النقاء، أولاً، يتم صهر السيليكون في بوتقة ويتم سحب بلورة السيليكون، أو سبيكة، ويضيف “تشكل السبيكة نوعًا من الأسطوانة التي تنمو وتنمو عن طريق سحب السيليكون ببطء من البوتقة”، “ثم يتم تقطيعها لتشكيل كتلة مربعة الجوانب تُنشر إلى شرائح رفيعة، أو رقائق، كما نسميها الباحثون”.

يبلغ سمك الرقاقة النموذجية 0.13 ملم (13 ميكرومتر) فقط، وهذه الرقائق هي التي تُستخدم في صناعة الألواح الشمسية.

لكن كل هذا النشر ينتج عنه قدر كبير من مسحوق “نشارة الخشب” ، إنه يشبه تمامًا نشر لوح خشبي – حيث يتم فقد بعض الأخشاب على شكل نشارة الخشب، يحدث الشيء نفسه عندما ترى من خلال سبيكة سيليكون، حتى لو كنت تستخدم أسلاكًا رفيعة من الماس. ستفقد دائمًا بعض المواد على أنها “مسحوق سيليكون”.

نفايات النشر 35%

يقول بيلمان: “نفقد 35٪ من السيليكون على شكل مسحوق أسود”، هذا المسحوق، الذي يسميه الذهب الأسود الجديد، هو الذي يهدف الباحثون إلى استغلاله.

ويوضح الباحث: ” نرمي ببساطة هذا المسحوق بعيدًا”، ما يفعله مشروع إيكاروس، أولاً وقبل كل شيء، هو البحث عن طرق لإعادة المسحوق إلى سلسلة القيمة واستخدامه في صنع بلورات السيليكون والألواح الشمسية “.

يتم جمع المسحوق في خليط الحمأة السائلة الذي يحتوي أيضًا على ملوثات من عملية النشر مثل الأكسجين والكربون والنيكل والحديد والألمنيوم.

يقول بيلمان: “السيليكون الملوث بهذه المعادن ليس جيدًا لتصنيع الألواح الشمسية”،هذا هو السبب في أنه يعمل مع شركاء مشروع Icarus لإيجاد طرق لإزالة تلوث مسحوق السيليكون، بحيث يمكن إعادة تدويره كمادة خام للألواح الشمسية الجديدة، ما نعتبره اليوم نفايات يمكن استخدامه في منتجات أخرى مثل بطاريات السيارات الكهربائية، يقوم عدد من الشركاء باختبار طرق مختلفة لفصل السيليكون عن الخليط الملوث.

تحسين استغلال المواد الخام

بطبيعة الحال، فإن الهدف هو تحسين استغلال المواد الخام، والتي بدورها ستكون مفيدة للبيئة والمناخ، لكنه أيضًا هدف معلن، وهو أن تحقق أوروبا قدرًا أكبر من الاكتفاء الذاتي.

يقول بيلمان: “كان قطاع الألواح الشمسية الأوروبية في يوم من الأيام أكبر مما هو عليه الآن ، ولكن تم نقل كل شيء إلى الصين”، يقول: ” نعتمد بشدة على المواد الخام من آسيا، والسيليكون ليس استثناءً، نحن نخطط لاستخدام مسحوق السيليكون للمساعدة في تقليل اعتمادنا على الصين”.

يأمل بيلمان أن يشكل مشروع بحث إيكاروس الأساس لصناعة جديدة، ربما في النرويج أيضًا، الطاقة النرويجية نظيفة، وهذه ميزة كبيرة في هذا السياق.

إعادة تدوير السيليكون والمزيد

ومن المزايا الناتجة عن مشروع إيكاروس، أن الباحثين يخططون لإعادة تدوير بوتقات الكوارتز المستخدمة في صهر السيليكون قبل أن يتم سحبه إلى بلورات.

يقول بيلمان: “تنكسر البوتقات عندما تبرد في فرن الصهر”، يقول: “في كل مرة تشم فيها بعض الكوارتز، يتعين عليك الحصول على بوتقة جديدة ورمي البوتقة القديمة بعيدًا. هدفنا هو استخدام هذا كمواد خام لصنع كربيد السيليكون “.

يستخدم كربيد السيليكون في صناعة الإلكترونيات، من بين أمور أخرى، والسيارات الكهربائية ليست سوى واحدة من العديد من المنتجات التي تحتوي على هذه المادة.

يقول بيلمان: “في العادة، نستخدم ما يسمى بالكوارتز عالي النقاء لصنع كربيد السيليكون، لكن هذا مكلف للغاية”.

يقول: “فكرتنا هي أنه قد يكون من الممكن استبدال الكوارتز عالي النقاوة بنفايات بوتقة، والتي هي أيضًا في جوهرها كوارتز عالي النقاء للغاية”.

يبحث مشروع Icarus أيضًا في إعادة تدوير نفايات الجرافيت كمواد خام لاستخدامها في البطاريات، من بين أمور أخرى.

يقول بيلمان: “يتم أيضًا التخلص من الجرافيت عالي النقاء”، “يتم استخدامه في الأفران، حيث يتم سحب بلورات السيليكون، ولكن يجب استبداله من وقت لآخر لأنه يفقد خصائصه، يعمل مشروع Icarus حاليًا على نفايات الجرافيت، بهدف إعادة تدويرها”.