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  近日,位于浙江海宁的光伏企业晶科能源因污染遭到当地村民的举报,使得光伏企业制造污染的事实进入公众的视野。在人们的印象中,新能源往往都是"清洁、绿色"的形象,在国际上光伏发电也被誉为未来最有发展前景的绿色能源技术,但为何一个"绿色"企业会成为周边居民举报的重污染对象?事实上,光伏电池的主要原材料——多晶硅,在制造过程中的高能耗高污染问题由来已久。 [新闻回顾]
  改良西门子法生产多晶硅会产生大量有毒物质  
改良西门子法
晶体硅材料是最主要的光伏材料,其市场占有率在90%以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。多晶硅的制备工艺过程是硅原料的提纯过程,目前国际上主流的多晶硅生产方法是改良西门子法,采用此方法生产的多晶硅约占多晶硅全球总产量的85%。如上图显示,在采用改良西门子法制造多晶硅的过程中,会用到氯化氢等有毒原材料,同时生成四氯化硅、三氯氢硅等副产物。四氯化硅是多晶硅生产过程中最大副产品,有统计显示,每提纯1吨多晶硅就会有10至15吨以上的四氯化硅产出。未经处理回收的四氯化硅是一种具有强腐蚀性的有毒有害液体,四氯化硅一遇潮湿空气即分解成硅酸和剧毒气体氯化氢,对人体眼睛、皮肤、呼吸道有强刺激性。[详细](网易探索/制图)

  多晶硅制造中的副产物不利于循环回收  

一个完整的改良西门子法生产模式应当包含四氯化硅的闭路循环过程,反应过程中生成的四氯化硅可以通过氢化反应生成三氯氢硅重新循环回收。依靠这种方法,国外的光伏企业四氯化硅的转化率可以达到34%,但在国内由于技术水平偏低,往往不到20%。


多晶硅
多晶硅的需求主要来自于太阳能电池和半导体行业。
多晶硅
某厂工人在展示多晶硅片。生产太阳能电池板主要原材料的多晶硅国际市场价格曾经一路飙升,最多700至800元每公斤的成本,价格却能达到2000元,以致中国多晶硅厂“遍地开花”。

中国多晶硅产量已是世界第一,但副产物存重大生态隐患

 

随着光伏产业的发展,太阳能电池对多晶硅的需求量增长迅速。上世界80年代,中国的多晶硅年产能只有350吨,然而根据能源市场调查机构Solar & Energy日前对世界50家多晶硅生产企业进行的调查显示,到2013年,中国的多晶硅总产量将达到16.585万吨,位居世界第一。倘若这一计划能够实现,也就意味着将产生160多万吨四氯化硅,这一数量足以给生态环境埋下隐患。[详细]

 

欧美国家对多晶硅生产有严格限制

 

多晶硅在欧美发达地区产能比较大,如果不能实现四氯化硅的有效控制,一般不可能在环保要求更严的发达国家继续生产。据了解,在美国,从安全和运输成本两个方面考虑,年产量达1000吨的多晶硅工厂,四氯化硅会被要求就地转化为三氯氢硅回用到系统中,不能作为副产物对外销售;年产量达3000吨的多晶硅工厂,则要对废弃的氯硅烷采用回收工艺;年产量达10000吨的多晶硅工厂,金属硅则必须就地生产。[详细]

 

多晶硅-化工联营模式可有效回收利用产生的副产物

 

此外,国外的先进多晶硅生产企业主要采用多晶硅-化工联营的方式进行生产,或者本身就归属于化工集团,比如美国的Hemlock,其控股公司是全球化工巨头Dow公司;而德国Wacker公司本身就是全球领先的有机硅和聚合物生产化工公司;韩国OCI公司的前身则为韩国DC化学公司。采用多晶硅-化工联营的模式,一方面可以保证廉价的原材料供应,另一方面可以充分利用副产物,除了循环回收四氯化硅等副产物,也可以将无法转换的四氯化硅制备成气相白炭黑、有机硅或光纤等产品。目前中国多数多晶硅企业仍然延续着来料加工的传统制造业发展模式,保守估计甚至有10%的企业尚未掌握四氯化硅的回收技术。[详细]

  四氯化硅管理漏洞易酿生态灾难 

在采用改良西门子法生产多晶硅时,除了需提高产品质量、降低生产能耗外,还需要对生产过程中产生的大量废气、废水、废渣等污染物进行处理,否则极易给环境造成恶劣影响。但是部分企业为了赚取利润,无视后果随意排放未经处理的四氯化硅废液,给生态环境造成难以恢复的破坏。


四氯化硅
受四氯化硅污染而枯萎的蔬菜。
四氯化硅

2011年6月17日,河南省濮阳县柳屯镇西没岸村的一家废品收购站内,一辆储运四氯化硅的车辆发生泄漏,导致现场附近多个村庄群众感觉不适,周围数百平方米的草木枯萎,上百只畜禽死亡。

国内多晶硅生产企业为了利润往往忽略有害物处理

 

据专家测算,增加了氢化车间的多晶硅企业,其生产成本将提高30%左右。为了保持在市场上产品的价格竞争优势,国内多数的多晶硅企业没有增加氢化车间对四氯化硅进行无害化处理,而一般采取以下两种方式处理:一是在厂区建立专门的储罐片区存放四氯化硅;二是干脆深埋、乱倒。 [详细]

 

多晶硅生产废料储存不当易污染环境

 

如果使用储存方式,这意味着多晶硅生产企业必须具备足够的场地和容器才能储藏日益增长的四氯化硅。从目前情况看,部分企业在缺乏这些条件和有效监管的情况下,储存的废料难免造成泄漏。此前被村民举报的海宁多晶硅工厂,就是由于废料堆放不当,导致部分污水进入雨水管道。较之于容器储存,深埋是一种更为低成本储存方式。但由于四氯化硅的强腐蚀性和急毒性,必将造成周边土壤和地下水系的毁灭性污染。[详细]

 

多地多次发生倾倒废料污染环境的事件

 

另一种偷倒四氯化硅的处理方式则更为直接、恶劣。2011年以来,江苏、山东、辽宁都曾发生过跨地倾倒四氯化硅的污染事件。2011年4月,大约600吨四氯化硅废液通过湖北钟祥城市排水管网大量进入城市污水处理厂,导致厂内生物菌种全部死亡、设备严重受损,处理厂因此瘫痪两个多月。污水处理厂停运后,市区生产生活污水倒灌至护城河,导致河水变黑,臭不可闻。这些四氯化硅废液最终进入湖北最大国有渔场之一的南湖渔场,一个月就有大约400吨鱼和5亿颗人工孵化鱼卵死亡。经评估,市城市污水处理厂经济损失117万元,南湖渔场经济损失337万元。经调查,这批四氯化硅废液就来自生产多晶硅的湖北随州晶星科技股份公司和江西九江诺贝尔高新材料公司。 [详细]


 
  有数据显示,中国九成的太阳能电池用于出口,人们在承担太阳能电池的环境以及能源成本的时候,却几乎没有享受到太阳能发电的绿色和便捷。国际上对于多晶硅的生产流程有着严格的管理和循环利用体系,但在中国无论是生产技术还是管理标准整体上都无法与国际接轨,造成了中国光伏产业链前端出现"南橘北枳"的情形。

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