Solenergi er en af de reneste strømkilder
Solenergi er en af de reneste strømkilder, vi har. Men det kunne være endnu grønnere.
Nogle producenter gør en ekstra indsats for at rense emissioner fra et kritisk materiale i solpanelernes forsyningskæde.
Halvledere mod en blå himmel
En del af Hemlock Semiconductors produktionsanlæg Hemlock Semiconductor
Der er kun fire virksomheder, der fremstiller polysilicium, et kritisk materiale til solpaneler og halvledere, i USA. I foråret fik en af dem stor tilstrømning af kontanter. I april meddelte et koreansk firma ved navn Hanwha Solutions, at det var blevet den største aktionær i REC Silicon , som kan producere 16.000 tons polysilicium årligt fra et raffinaderi i staten Washington – nok til at imødekomme mere end en fjerdedel af den amerikanske solindustris efterspørgsel. Hanwha, som i forvejen driver den største amerikanske solpanelfabrik i Georgia, beskrev købet som en del af en plan om at "revitalisere det amerikanske solcellemarked" ved at skabe en fremstillet i Amerika forsyningskæde fra råmaterialer til færdige produkter.
Hvis denne plan lykkes, ville det ikke kun demonstrere, at USA faktisk er i stand til at lave solpaneler med indenlandske materialer - et centralt politisk mål for Biden-administrationen . Det ville også vise, at polysiliciumraffinering, det mest energikrævende trin i solcellefremstilling, kunne gøres betydeligt grønnere i processen.
I pantheonet af klimaløsninger lyder kulstoffattigt polysilicium måske ikke særlig sexet. Men det er blevet et varmt emne i solenergiens verden, efterhånden som virksomheder og regeringer begynder at tænke seriøst over, hvordan de kan køre deres emissioner helt til nul, herunder i de såkaldte upstream-forsyningskæder, der leverer materialer og komponenter til vedvarende energi. Allerede genererer solcellepaneler eller PV-paneler blandt de laveste kulstofemissioner af enhver energikilde derude over hele deres livscyklus, inklusive fremstilling. Men efterhånden som industrien vokser, kan selv de relativt små emissioner, der er forbundet med fremstilling af PV-paneler, blive betydelige samlet, og potentielt toppe på niveauer, der kan sammenlignes med de nuværende årlige emissioner fra store industrialiserede nationer som Frankrig eller Tyskland.
En nylig undersøgelse viste, at i et scenarie, hvor verden udsender solenergi hurtigt, kan PV-produktion føre til 25 til 30 milliarder tons kumulative kuldioxidemissioner i midten af århundredet, hvilket spiser omkring 10 procent af det resterende kulstofbudget til at begrænse den globale opvarmning til 1,5 grader Celsius (2,7 grader Fahrenheit). Hvis vi ikke hurtigt omfavner vedvarende energi som solenergi, har vi ringe chancer for at nå dette klimamål. Alligevel er det muligt at øge vores odds ved at rydde op i polysiliciumproduktionen, som står for omkring halvdelen af klimapåvirkningen fra solcelleanlæg .
REC Silicon viser, hvordan industrien kan gøre det. Virksomhedens polysiliciumproduktionsanlæg i Moses Lake , Washington, bruger lavemissionsvandkraft fra det lokale elnet i stedet for kul, der ofte bruges til at drive polysiliciumraffinaderier i Kina. Hvad mere er, i stedet for at bruge den energikrævende proces til at rense silicium, som er standard i industrien, har Moses Lake-anlægget været banebrydende for kommercialiseringen af en alternativ proces , som REC Silicon hævder bruger op til 90 procent mindre energi.
Moses Lake-anlægget har været lukket siden 2019 på grund af kinesiske importtariffer, der prissatte siliciumproducenten ud af solcellemarkedet. Nu, takket være Hanwhas investering, har REC Silicon påbegyndt processen med at bringe anlægget online igen.
"Vi har en meget stabil, lav pris på strøm til at producere polysilicium, der også er meget lavt kulstof," fortalte REC Silicon CEO James May til Grist. "Og det er det, vi vil gøre."
For at forstå, hvorfor polysiliciumfremstilling producerer emissioner, skal du forstå, hvordan det fungerer. Polysilicium stammer fra kvarts, et ydmygt, rigeligt mineral, og er en meget raffineret form for silicium, der omdanner sollys til elektroner inde i et PV-panel . For at gøre det opvarmer producenterne kvarts i en ovn for at producere metallurgisk silicium, som er omkring 99 procent rent. Typisk bliver silicium af metallurgisk kvalitet derefter omdannet til en gas, som frigives til en overophedet reaktor, hvor den størkner igen på frøstænger som polysilicium, en form for silicium op til 99,999999 procent rent. Denne proces, kendt som Siemens-processen, er, hvordan mere end 95 procent af polysilicium raffineres rundt om i verden i dag, ifølge ren energiforskningsfirmaet BloombergNEF.
Stænger af polysilicium stablet i et anlæg
Stænger af polysilicium opbevares i et Hemlock Semiconductor-anlæg. Hemlock halvleder
Mens Siemens-processen har eksisteret i årtier og betragtes som den mest pålidelige måde at forfine polysilicium på, har den en ulempe. Da siliciumstængerne dannes i midten af reaktoren, skal reaktorvæggene holdes kølige for at forhindre silicium i at krystallisere der. At opretholde denne temperaturforskel er "virkelig energikrævende," fortalte Jenny Chase, der leder solanalyse hos BloombergNEF, til Grist. For at lave polysilicium til en overkommelig pris, opretter virksomheder deres raffinaderier på steder med adgang til billig og rigelig elektricitet. I Kina, hvor 78 procent af den globale polysiliciumproduktion fandt sted sidste år, betyder det regioner, hvor elnettet indeholder masser af kul.
"De fleste mennesker er meget opmærksomme på, hvad der sker med solenergi, når den først er sat i marken - at den genererer kulstoffri elektricitet," sagde Michael Parr, administrerende direktør for Ultra-Low Carbon Solar Alliance , en industrigruppe med fokus på at køre ned. emissioner på tværs af solenergiforsyningskæden. "De fleste mennesker ved ikke, at der opstrøms, i fremstillingen, kan være ret høje kulstofemissioner, især i den kinesiske forsyningskæde."
En måde for solenergiindustrien at rydde op i denne forsyningskæde er gennem forbedringer i produktionseffektiviteten. Dette sker allerede: Data delt af BloombergNEF viser, at mellem 2014 og 2019 faldt mængden af elektricitet, der var nødvendig for at raffinere et kilogram silicium, med 22 procent. Samtidig falder siliciumindholdet i solpaneler, efterhånden som producenterne fortsætter med at gøre solceller - de enkelte, waferlignende stykker silicium inde i et solpanel - tyndere og lettere . Og effektiviteten af disse celler, eller deres evne til at omdanne sollys til elektricitet, stiger støt .
"Effektiviteten af solcellerne er forbedret med omkring 50 procent i de sidste 25 år, og mængden af silicium, vi bruger, er skåret ned med en faktor på to eller tre," fortalte Meng Tao, forsker i solenergi ved Arizona State University. Grist.
Større effektivitet betyder mindre energi og emissioner, der bruges på at fremstille et solpanel. Yderligere klimagevinster er mulige, hvis producenterne fornyer deres drift. Lige nu har amerikanske elnet tendens til at være mindre kulstof-intensive end deres kinesiske modstykker, hvilket betyder, at der er et godt klimagrundlag for at pålægge de energiintensive trin som polysiliciumproduktion. Det er ikke undgået Biden-administrationen: I en rapport fra februar om solenergiforsyningskæden identificerede det amerikanske energiministerium, eller DOE, at øge polysiliciumraffineringen som det bedste, USA kunne gøre for at sikre en stabil solenergiforsyningskæde. En sådan industri, bemærkede DOE, kunne drage fordel af lavemissionsvandkraft i det nordvestlige og andre steder.
"Økonomi er på vores side her," fortalte Garrett Nilsen, fungerende direktør for Solar Energy Technologies Office hos DOE, til Grist i en e-mail. "Vandkraft er en af de billigste former for elektricitet i landet, så polysiliciumproducenter placerer naturligvis deres anlæg derefter." DOE, sagde han, investerer også i programmer til at implementere yderligere vind- og solenergi billigere rundt om i landet, hvilket potentielt skaber nye vedvarende energi-hotspots, hvor polysiliciumproducenter kan etablere sig.
Når det kommer online igen, vil REC Silicons Moses Lake-anlæg bruge vandkraft produceret på Washington State's Columbia River til at producere polysilicium til solpaneler. Den største USA-baserede polysiliciumproducent, Hemlock Semiconductor , producerer polysilicium til både sol- og halvlederindustrien i Hemlock, Michigan. Der omfatter elnettet allerede en betydelig mængde vandkraftlagerkapacitet , og det bliver støt renere, efterhånden som det lokale forsyningsselskab udfaser kul og bringer mere solenergi online . Hemlocks kommercielle leder for solenergi, Phil Rausch, fortalte Grist, at pr. kilowatt-time brugt energi er emissionerne forbundet med den elektricitet, som virksomheden køber, omkring halvdelen af konkurrenternes emissioner.
Nogle producenter gør en ekstra indsats for at rense emissioner fra et kritisk materiale i solpanelernes forsyningskæde.
Halvledere mod en blå himmel
En del af Hemlock Semiconductors produktionsanlæg Hemlock Semiconductor
Der er kun fire virksomheder, der fremstiller polysilicium, et kritisk materiale til solpaneler og halvledere, i USA. I foråret fik en af dem stor tilstrømning af kontanter. I april meddelte et koreansk firma ved navn Hanwha Solutions, at det var blevet den største aktionær i REC Silicon , som kan producere 16.000 tons polysilicium årligt fra et raffinaderi i staten Washington – nok til at imødekomme mere end en fjerdedel af den amerikanske solindustris efterspørgsel. Hanwha, som i forvejen driver den største amerikanske solpanelfabrik i Georgia, beskrev købet som en del af en plan om at "revitalisere det amerikanske solcellemarked" ved at skabe en fremstillet i Amerika forsyningskæde fra råmaterialer til færdige produkter.
Hvis denne plan lykkes, ville det ikke kun demonstrere, at USA faktisk er i stand til at lave solpaneler med indenlandske materialer - et centralt politisk mål for Biden-administrationen . Det ville også vise, at polysiliciumraffinering, det mest energikrævende trin i solcellefremstilling, kunne gøres betydeligt grønnere i processen.
I pantheonet af klimaløsninger lyder kulstoffattigt polysilicium måske ikke særlig sexet. Men det er blevet et varmt emne i solenergiens verden, efterhånden som virksomheder og regeringer begynder at tænke seriøst over, hvordan de kan køre deres emissioner helt til nul, herunder i de såkaldte upstream-forsyningskæder, der leverer materialer og komponenter til vedvarende energi. Allerede genererer solcellepaneler eller PV-paneler blandt de laveste kulstofemissioner af enhver energikilde derude over hele deres livscyklus, inklusive fremstilling. Men efterhånden som industrien vokser, kan selv de relativt små emissioner, der er forbundet med fremstilling af PV-paneler, blive betydelige samlet, og potentielt toppe på niveauer, der kan sammenlignes med de nuværende årlige emissioner fra store industrialiserede nationer som Frankrig eller Tyskland.
En nylig undersøgelse viste, at i et scenarie, hvor verden udsender solenergi hurtigt, kan PV-produktion føre til 25 til 30 milliarder tons kumulative kuldioxidemissioner i midten af århundredet, hvilket spiser omkring 10 procent af det resterende kulstofbudget til at begrænse den globale opvarmning til 1,5 grader Celsius (2,7 grader Fahrenheit). Hvis vi ikke hurtigt omfavner vedvarende energi som solenergi, har vi ringe chancer for at nå dette klimamål. Alligevel er det muligt at øge vores odds ved at rydde op i polysiliciumproduktionen, som står for omkring halvdelen af klimapåvirkningen fra solcelleanlæg .
REC Silicon viser, hvordan industrien kan gøre det. Virksomhedens polysiliciumproduktionsanlæg i Moses Lake , Washington, bruger lavemissionsvandkraft fra det lokale elnet i stedet for kul, der ofte bruges til at drive polysiliciumraffinaderier i Kina. Hvad mere er, i stedet for at bruge den energikrævende proces til at rense silicium, som er standard i industrien, har Moses Lake-anlægget været banebrydende for kommercialiseringen af en alternativ proces , som REC Silicon hævder bruger op til 90 procent mindre energi.
Moses Lake-anlægget har været lukket siden 2019 på grund af kinesiske importtariffer, der prissatte siliciumproducenten ud af solcellemarkedet. Nu, takket være Hanwhas investering, har REC Silicon påbegyndt processen med at bringe anlægget online igen.
"Vi har en meget stabil, lav pris på strøm til at producere polysilicium, der også er meget lavt kulstof," fortalte REC Silicon CEO James May til Grist. "Og det er det, vi vil gøre."
For at forstå, hvorfor polysiliciumfremstilling producerer emissioner, skal du forstå, hvordan det fungerer. Polysilicium stammer fra kvarts, et ydmygt, rigeligt mineral, og er en meget raffineret form for silicium, der omdanner sollys til elektroner inde i et PV-panel . For at gøre det opvarmer producenterne kvarts i en ovn for at producere metallurgisk silicium, som er omkring 99 procent rent. Typisk bliver silicium af metallurgisk kvalitet derefter omdannet til en gas, som frigives til en overophedet reaktor, hvor den størkner igen på frøstænger som polysilicium, en form for silicium op til 99,999999 procent rent. Denne proces, kendt som Siemens-processen, er, hvordan mere end 95 procent af polysilicium raffineres rundt om i verden i dag, ifølge ren energiforskningsfirmaet BloombergNEF.
Stænger af polysilicium stablet i et anlæg
Stænger af polysilicium opbevares i et Hemlock Semiconductor-anlæg. Hemlock halvleder
Mens Siemens-processen har eksisteret i årtier og betragtes som den mest pålidelige måde at forfine polysilicium på, har den en ulempe. Da siliciumstængerne dannes i midten af reaktoren, skal reaktorvæggene holdes kølige for at forhindre silicium i at krystallisere der. At opretholde denne temperaturforskel er "virkelig energikrævende," fortalte Jenny Chase, der leder solanalyse hos BloombergNEF, til Grist. For at lave polysilicium til en overkommelig pris, opretter virksomheder deres raffinaderier på steder med adgang til billig og rigelig elektricitet. I Kina, hvor 78 procent af den globale polysiliciumproduktion fandt sted sidste år, betyder det regioner, hvor elnettet indeholder masser af kul.
"De fleste mennesker er meget opmærksomme på, hvad der sker med solenergi, når den først er sat i marken - at den genererer kulstoffri elektricitet," sagde Michael Parr, administrerende direktør for Ultra-Low Carbon Solar Alliance , en industrigruppe med fokus på at køre ned. emissioner på tværs af solenergiforsyningskæden. "De fleste mennesker ved ikke, at der opstrøms, i fremstillingen, kan være ret høje kulstofemissioner, især i den kinesiske forsyningskæde."
En måde for solenergiindustrien at rydde op i denne forsyningskæde er gennem forbedringer i produktionseffektiviteten. Dette sker allerede: Data delt af BloombergNEF viser, at mellem 2014 og 2019 faldt mængden af elektricitet, der var nødvendig for at raffinere et kilogram silicium, med 22 procent. Samtidig falder siliciumindholdet i solpaneler, efterhånden som producenterne fortsætter med at gøre solceller - de enkelte, waferlignende stykker silicium inde i et solpanel - tyndere og lettere . Og effektiviteten af disse celler, eller deres evne til at omdanne sollys til elektricitet, stiger støt .
"Effektiviteten af solcellerne er forbedret med omkring 50 procent i de sidste 25 år, og mængden af silicium, vi bruger, er skåret ned med en faktor på to eller tre," fortalte Meng Tao, forsker i solenergi ved Arizona State University. Grist.
Større effektivitet betyder mindre energi og emissioner, der bruges på at fremstille et solpanel. Yderligere klimagevinster er mulige, hvis producenterne fornyer deres drift. Lige nu har amerikanske elnet tendens til at være mindre kulstof-intensive end deres kinesiske modstykker, hvilket betyder, at der er et godt klimagrundlag for at pålægge de energiintensive trin som polysiliciumproduktion. Det er ikke undgået Biden-administrationen: I en rapport fra februar om solenergiforsyningskæden identificerede det amerikanske energiministerium, eller DOE, at øge polysiliciumraffineringen som det bedste, USA kunne gøre for at sikre en stabil solenergiforsyningskæde. En sådan industri, bemærkede DOE, kunne drage fordel af lavemissionsvandkraft i det nordvestlige og andre steder.
"Økonomi er på vores side her," fortalte Garrett Nilsen, fungerende direktør for Solar Energy Technologies Office hos DOE, til Grist i en e-mail. "Vandkraft er en af de billigste former for elektricitet i landet, så polysiliciumproducenter placerer naturligvis deres anlæg derefter." DOE, sagde han, investerer også i programmer til at implementere yderligere vind- og solenergi billigere rundt om i landet, hvilket potentielt skaber nye vedvarende energi-hotspots, hvor polysiliciumproducenter kan etablere sig.
Når det kommer online igen, vil REC Silicons Moses Lake-anlæg bruge vandkraft produceret på Washington State's Columbia River til at producere polysilicium til solpaneler. Den største USA-baserede polysiliciumproducent, Hemlock Semiconductor , producerer polysilicium til både sol- og halvlederindustrien i Hemlock, Michigan. Der omfatter elnettet allerede en betydelig mængde vandkraftlagerkapacitet , og det bliver støt renere, efterhånden som det lokale forsyningsselskab udfaser kul og bringer mere solenergi online . Hemlocks kommercielle leder for solenergi, Phil Rausch, fortalte Grist, at pr. kilowatt-time brugt energi er emissionerne forbundet med den elektricitet, som virksomheden køber, omkring halvdelen af konkurrenternes emissioner.
uldiuldi
04.08.2024 kl 17:21
998
Ud over forbedringer i produktionseffektivitet og at få strøm fra grønnere net, har en håndfuld polysiliciumproducenter vendt sig til alternative processer, der er mindre energikrævende end Siemens-processen. Den vigtigste blandt dem er den såkaldte " fluidized bed-reaktor " eller FBR-proces, som REC Silicon bruger på dets Moses Lake-anlæg. Varm, siliciumrig gas føres ind i et kammer, der indeholder siliciumpiller, som vokser i størrelse, efterhånden som mere silicium krystalliserer på dem. Fordi varme indføres uden for reaktoren, kræves ingen afkøling, hvilket giver betydelige energi- og omkostningsbesparelser ifølge May.
Brancheeksperter siger, at det er sværere at producere polysilicium med ultrahøj renhed med FBR-teknologi sammenlignet med Siemens-processen, hvilket begrænser dens anvendelse i industrien. Rausch fra Hemlock sagde, at hans firma undersøgte FBR-processen "omfattende" i løbet af det sidste årti, men i sidste ende fastslog, at det polysilicium, det producerede, "ikke opfyldte industriens behov." May er dog overbevist om, at REC Silicon kan bruge metoden til at fremstille polysilicium, der opfylder de stadigt strengere renhedskrav fra solcelleproducenter takket være en række nylige opgraderinger af deres Moses Lake-anlæg.
Parr fra Ultra-Low Carbon Solar Alliance er forsigtigt optimistisk. FBR "er en sværere teknologi at få bedre renhed fra," sagde han, men REC Silicon har brugt år på at forbedre sin proces. "Jeg tror, som enhver teknologi, at det tager et stykke tid at perfektionere det, men det er i sagens natur lavere energi, lavere kulstofteknologi, så det er lovende."
Enhver polysiliciumproducent, der kan levere et grønnere produkt - uanset om det skyldes mere effektive produktionsmetoder eller renere strømkilder - vil sandsynligvis have en voksende fordel på solcellemarkedet, efterhånden som virksomheder eller regeringer begynder at være mere opmærksomme på forsyningskædens emissioner.
"Vi ser allerede, at downstream-køberen bliver meget mere følsom over for det inkorporerede kulstof i forsyningskæden," sagde Rausch. Som et eksempel bemærker han, at flere år tilbage, da Frankrig begyndte at tage højde for kulstofaftrykket fra solpaneler i sin offentlige indkøbsproces for ren energi, begyndte virksomheder, der købte polysilicium fra Hemlock, at klare sig bedre på det marked. Nye mærkningsordninger, som et miljømærke for solenergi , som Global Electronics Council er ved at udvikle i samarbejde med Ultra-Low Carbon Solar Alliance, vil sandsynligvis drive yderligere interesse for rent polysilicium.
Bestræbelser på at gøre solenergiproduktion mere bæredygtig bør ikke aflede behovet for at implementere solenergi så hurtigt som muligt, siger Garvin Heath, en energibæredygtighedsforsker ved National Renewable Energy Laboratory eller NREL. På tværs af hele livscyklussen har NREL-forskere fundet ud af, at solcelleanlæg allerede genererer 10 til 20 gange lavere kulstofemissioner end fossile energikilder som gas og kul. Solenergi er allerede et kritisk værktøj til at bekæmpe klimaændringer, uanset produktionsudledninger.
Samtidig bør industrien gøre alt, hvad der står i dens magt for at holde sine emissioner så lave som muligt, i betragtning af hvor lidt kulstof vi har tilbage i banken for at undgå at krydse farlige klimatærskler.
"Vi bør ikke stoppe med at implementere PV, fordi vi ønsker at gøre det bedre," sagde Heath. "Vi bør implementere så meget som muligt og gøre det bedre."
https://grist.org/energy/solar-is-one-of-the-cleanest-power-sources-weve-got-but-it-could-be-even-greener/
Brancheeksperter siger, at det er sværere at producere polysilicium med ultrahøj renhed med FBR-teknologi sammenlignet med Siemens-processen, hvilket begrænser dens anvendelse i industrien. Rausch fra Hemlock sagde, at hans firma undersøgte FBR-processen "omfattende" i løbet af det sidste årti, men i sidste ende fastslog, at det polysilicium, det producerede, "ikke opfyldte industriens behov." May er dog overbevist om, at REC Silicon kan bruge metoden til at fremstille polysilicium, der opfylder de stadigt strengere renhedskrav fra solcelleproducenter takket være en række nylige opgraderinger af deres Moses Lake-anlæg.
Parr fra Ultra-Low Carbon Solar Alliance er forsigtigt optimistisk. FBR "er en sværere teknologi at få bedre renhed fra," sagde han, men REC Silicon har brugt år på at forbedre sin proces. "Jeg tror, som enhver teknologi, at det tager et stykke tid at perfektionere det, men det er i sagens natur lavere energi, lavere kulstofteknologi, så det er lovende."
Enhver polysiliciumproducent, der kan levere et grønnere produkt - uanset om det skyldes mere effektive produktionsmetoder eller renere strømkilder - vil sandsynligvis have en voksende fordel på solcellemarkedet, efterhånden som virksomheder eller regeringer begynder at være mere opmærksomme på forsyningskædens emissioner.
"Vi ser allerede, at downstream-køberen bliver meget mere følsom over for det inkorporerede kulstof i forsyningskæden," sagde Rausch. Som et eksempel bemærker han, at flere år tilbage, da Frankrig begyndte at tage højde for kulstofaftrykket fra solpaneler i sin offentlige indkøbsproces for ren energi, begyndte virksomheder, der købte polysilicium fra Hemlock, at klare sig bedre på det marked. Nye mærkningsordninger, som et miljømærke for solenergi , som Global Electronics Council er ved at udvikle i samarbejde med Ultra-Low Carbon Solar Alliance, vil sandsynligvis drive yderligere interesse for rent polysilicium.
Bestræbelser på at gøre solenergiproduktion mere bæredygtig bør ikke aflede behovet for at implementere solenergi så hurtigt som muligt, siger Garvin Heath, en energibæredygtighedsforsker ved National Renewable Energy Laboratory eller NREL. På tværs af hele livscyklussen har NREL-forskere fundet ud af, at solcelleanlæg allerede genererer 10 til 20 gange lavere kulstofemissioner end fossile energikilder som gas og kul. Solenergi er allerede et kritisk værktøj til at bekæmpe klimaændringer, uanset produktionsudledninger.
Samtidig bør industrien gøre alt, hvad der står i dens magt for at holde sine emissioner så lave som muligt, i betragtning af hvor lidt kulstof vi har tilbage i banken for at undgå at krydse farlige klimatærskler.
"Vi bør ikke stoppe med at implementere PV, fordi vi ønsker at gøre det bedre," sagde Heath. "Vi bør implementere så meget som muligt og gøre det bedre."
https://grist.org/energy/solar-is-one-of-the-cleanest-power-sources-weve-got-but-it-could-be-even-greener/