警惕太陽(yáng)能發(fā)電污染

陳平

警惕太陽(yáng)能發(fā)電污染

陳平

據(jù)估計(jì)，在國(guó)外，每千克太陽(yáng)能級(jí)多晶硅會(huì)產(chǎn)生10千克～15千克四氯化硅，通過氫化還原閉環(huán)工藝循環(huán)后，四氯化硅的排放量仍然高達(dá)5千克～l0千克。按10千克來算，2010—2011年就算只有50%的計(jì)劃產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)，會(huì)有近80萬(wàn)噸的四氯化硅產(chǎn)出。屆時(shí)由四氯化硅引發(fā)的的環(huán)境污染難道還由政府和公眾埋單么？

在當(dāng)今油價(jià)飛漲、地緣政治不穩(wěn)定、環(huán)境污染和全球氣候變暖的背景下，越來越多的國(guó)家將新能源作為能源發(fā)展的重點(diǎn)，力圖尋求充足、價(jià)廉、安全的能源以及更加有效的使用方式，以滿足社會(huì)需求并支持本國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

以光伏為例，其發(fā)電過程不消耗資源，不排放溫室氣體，不存在機(jī)械磨損，發(fā)電設(shè)備既能安裝在無(wú)水的荒漠地帶，也可安裝在城市的屋頂和墻面。太陽(yáng)能更是取之不盡，用之不竭，光伏電池制造所需的硅資源在地殼中的含量也高達(dá)26%，沒有資源短缺和耗盡問題……這些都給新能源套上了“救世主”的光環(huán)。

但是，如果開發(fā)利用新能源的設(shè)備在其生產(chǎn)過程和回收處理中污染嚴(yán)重，要再讓人相信新能源無(wú)污染就強(qiáng)人所難了。盡管太陽(yáng)能光伏是新能源，但其原料多晶硅的生產(chǎn)過程卻高能耗、高污染。據(jù)了解，生產(chǎn)多晶硅會(huì)產(chǎn)生四氯化硅等劇毒污染物，同時(shí)，從生產(chǎn)工業(yè)硅到太陽(yáng)能電池的全過程綜合電耗約220萬(wàn)千瓦時(shí)/兆瓦。而我國(guó)太陽(yáng)能電池98%用于出口，相當(dāng)于大量輸出緊缺的能源。因此，截至目前為止，我們?cè)诔袚?dān)太陽(yáng)能電池的環(huán)境以及能源成本的時(shí)候，幾乎并沒有享受到太陽(yáng)能發(fā)電的綠色和便捷。

多晶硅電池污染嫌疑

生產(chǎn)技術(shù)不過關(guān)

晶體硅材料（包括多晶硅和單晶硅）是最主要的光伏材料，占據(jù)了全球光伏發(fā)電市

四氯化硅

四氯化硅是多晶硅生產(chǎn)的主要副產(chǎn)物，目前不是典型的化工原料。它是一種腐蝕性極強(qiáng)、難以保存的有毒液體，具有急毒性，遇潮濕空氣即分解成硅酸和劇毒氣體氯化氫。四氯化硅的濃度即使很低也會(huì)使人出現(xiàn)咳嗽、胸悶、頭暈等癥狀，高濃度的四氯化硅會(huì)引起角膜混濁、皮膚組織壞死，引發(fā)呼吸道炎癥甚至肺水腫。由于四氯化硅不能自然降解，如果將四氯化硅傾倒或掩埋，水體將會(huì)受到嚴(yán)重污染，土地會(huì)變成不毛之地。

中國(guó)在建千噸級(jí)以上多晶硅項(xiàng)目布局

按純度要求不同，多晶硅分為電子級(jí)和太陽(yáng)能級(jí)。在光伏產(chǎn)業(yè)中，采用改良西門子法供應(yīng)的太陽(yáng)能級(jí)多晶硅占全球太陽(yáng)能級(jí)多晶硅供應(yīng)量的70%～80%。目前，國(guó)內(nèi)絕大部分多晶硅生產(chǎn)都采用改良西門子技術(shù)的第一代工藝，這種高耗能工藝最后形成的產(chǎn)品有兩種：高純硅和四氯化硅。

技術(shù)瓶頸使四氯化硅成為多晶硅產(chǎn)業(yè)的老大難問題。當(dāng)前國(guó)際上回收或處理四氯化硅主要有3條途徑，但都不是特別成功。例如，在生產(chǎn)過程中增加氫化車間，對(duì)四氯化硅進(jìn)行循環(huán)利用。這種方法在國(guó)外處理得不錯(cuò)，但四氯化硅并不能完全有效地解決，轉(zhuǎn)化率只能達(dá)到34%；國(guó)內(nèi)因?yàn)榧夹g(shù)不過關(guān)，轉(zhuǎn)化率更低，沒有產(chǎn)業(yè)化的價(jià)值。

產(chǎn)能過剩

自2005年始，在強(qiáng)烈的市場(chǎng)需求拉動(dòng)下，多晶硅市場(chǎng)價(jià)格持續(xù)走高，從2005年的66美元/千克一路暴漲到2008年初的450美元/千克。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在高額的行業(yè)利潤(rùn)的刺激下，國(guó)內(nèi)多晶硅項(xiàng)目也在2007年前后集中上馬，產(chǎn)能呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。這些項(xiàng)目規(guī)劃時(shí)間集中在2007和2008年，量產(chǎn)時(shí)間集中在2010年和2011年，設(shè)計(jì)產(chǎn)能合計(jì)將達(dá)到153900噸。據(jù)估計(jì)，在國(guó)外，每千克太陽(yáng)能級(jí)多晶硅會(huì)產(chǎn)生10千克—15千克的四氯化硅，通過氫化還原閉環(huán)工藝循環(huán)后，四氯化硅的排放量仍然高達(dá)5千克—l0千克。如果國(guó)內(nèi)按10千克來算， 2010— 2011年就算只有50%的計(jì)劃產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)，也會(huì)有近80萬(wàn)噸的四氯化硅產(chǎn)出。屆時(shí)由四氯化硅所引發(fā)的的環(huán)境污染問題難道還是由政府和公眾埋單么？

同時(shí)，多晶硅是高耗能產(chǎn)業(yè)，按國(guó)內(nèi)平均水平，生產(chǎn)1千瓦的太陽(yáng)能電池需要10千克多晶硅，耗電5800～6000度，為世界先進(jìn)水平的2～3倍。于是電耗成為多晶硅生產(chǎn)的重要成本。我國(guó)中西部地區(qū)有著豐富的煤電、水電資源，受低廉電價(jià)的吸引，近年來多晶硅生產(chǎn)企業(yè)開始逐漸向中西部地區(qū)轉(zhuǎn)移。數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)東、中、西部多晶硅計(jì)劃產(chǎn)能依次遞增，西部比東部和中部的總和還多4500噸。2009年1月的《中國(guó)國(guó)家地理》指出，西南地區(qū)建立在廉價(jià)水電基礎(chǔ)上的高耗能、高污染產(chǎn)業(yè)已給當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境和社區(qū)帶來了嚴(yán)重影響，這些產(chǎn)業(yè)當(dāng)中就有多晶硅。

薄膜太陽(yáng)能電池陷重金屬污染質(zhì)疑

從當(dāng)前國(guó)際太陽(yáng)能電池的發(fā)展過程看，其趨勢(shì)大致為單晶硅、多晶硅、帶狀硅、薄膜材料。而最后的“薄膜材料”（薄膜電池）正是業(yè)內(nèi)對(duì)以單晶硅和多晶硅為主原料的太陽(yáng)能電池的更新?lián)Q代。據(jù)了解，目前國(guó)際上進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的薄膜電池主要有3種，分別是硅基薄膜太陽(yáng)能電池、銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池(CIGS)、碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池(CdTe)。國(guó)內(nèi)企業(yè)主要在做前兩種，而后一種技術(shù)被美國(guó)First Solar公司所壟斷。

雖然薄膜太陽(yáng)能電池具有生產(chǎn)成本低、污染小等顯著特點(diǎn)，而且一些薄膜電池中已經(jīng)徹底放棄了對(duì)多晶硅的應(yīng)用，從而解決了多晶硅生產(chǎn)中存在的污染問題，但薄膜太陽(yáng)能電池還必須面對(duì)外界對(duì)重金屬污染的質(zhì)疑。例如，碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池中的鎘污染。該種電池在美國(guó)得以推廣，是因?yàn)镕irst Solar公司提供了全套的回收模式，并成立了專項(xiàng)基金，保證每一塊電池組件在到達(dá)使用壽命后能夠由專業(yè)人員進(jìn)行回收處理，但國(guó)內(nèi)是否有這樣的監(jiān)管機(jī)制，企業(yè)是否也已建立這樣的回收模式呢？按照目前國(guó)內(nèi)光伏企業(yè)與地方簽訂投資協(xié)議，在批或在建的G級(jí)甚至10G級(jí)規(guī)模的薄膜太陽(yáng)能電池發(fā)電項(xiàng)目，在享受“零”碳排放和清潔能源的時(shí)候，會(huì)造成多少重金屬污染呢？

此外，當(dāng)前各地積極開展的太陽(yáng)能光伏發(fā)電項(xiàng)目，不僅缺乏常年充足的陽(yáng)光資源，也缺乏充足的土地供應(yīng)。若不是在沙漠之類的生態(tài)系統(tǒng)薄弱區(qū)開展，很可能人為造成當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)退化，形成人工沙漠，因?yàn)樘?yáng)能光伏發(fā)電與植物爭(zhēng)搶太陽(yáng)光。如果這樣的項(xiàng)目成功運(yùn)營(yíng)，所造成的脆弱的生態(tài)系統(tǒng)和多少城市“宜居城市”口號(hào)有矛盾呢？

污染解除關(guān)鍵

未來多晶硅的生產(chǎn)必然是向低成本、低污染、副產(chǎn)物可循環(huán)利用，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)短的方向發(fā)展，解除污染的關(guān)鍵在于以下幾個(gè)方面。

重視關(guān)鍵替代技術(shù)的研發(fā)

生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)落后，是我國(guó)多晶硅行業(yè)面臨的一大難題。我國(guó)企業(yè)普遍采用改良西門子法等生產(chǎn)技術(shù)，相比歐美國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)，還有較大差距。技術(shù)劣勢(shì)帶來過高的生產(chǎn)成本。我國(guó)企業(yè)的生產(chǎn)成本普遍在70～100美元/千克，而技術(shù)領(lǐng)先的歐美企業(yè)，生產(chǎn)成本僅為25～30美元/千克。國(guó)際市場(chǎng)多晶硅價(jià)格從最高的450美元/千克左右，“跳水”至如今的60美元/千克左右，當(dāng)歐美企業(yè)仍有高額利潤(rùn)可賺時(shí)，我國(guó)多晶硅企業(yè)已經(jīng)難以承受價(jià)格波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

雖然我國(guó)多晶硅產(chǎn)能過剩，但由于生產(chǎn)工藝成熟度和穩(wěn)定性差，我國(guó)許多光伏企業(yè)卻“不敢”購(gòu)買國(guó)內(nèi)的多晶硅產(chǎn)品，還大量依賴進(jìn)口。

提高全行業(yè)的技術(shù)水平，進(jìn)而提高綜合競(jìng)爭(zhēng)力，是多晶硅行業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵。多晶硅材料的生產(chǎn)技術(shù)長(zhǎng)期以來掌握在美、日、德3個(gè)國(guó)家7個(gè)公司的10家工廠手中，形成技術(shù)封鎖、市場(chǎng)壟斷的狀況。由于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)先進(jìn)多晶硅生產(chǎn)技術(shù)嚴(yán)格封鎖，加大研發(fā)投入、重視關(guān)鍵替代技術(shù)的研發(fā)成為我們的唯一選擇。

解決企業(yè)缺乏環(huán)境責(zé)任的問題

其實(shí)，除了技術(shù)瓶頸外，多晶硅企業(yè)缺乏環(huán)境責(zé)任是造成該問題的另一主要原因。氫化車間可以降低四氯化硅的一部分毒性，但據(jù)專家測(cè)算，增加了氫化車間的多晶硅企業(yè)，其生產(chǎn)成本將提高30%左右。

為了保持產(chǎn)品在市場(chǎng)上的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)大多數(shù)的多晶硅企業(yè)沒有增加氫化車間，而一般采取以下兩種方式處理：一是在廠區(qū)建立專門的儲(chǔ)罐片區(qū)存放四氯化硅；二是干脆深埋、亂倒，或者貼錢將四氯化硅“外包”給不法人員，任其處理。

對(duì)于前一種處理方式而言，據(jù)前文的分析，將產(chǎn)生近80萬(wàn)噸的四氯化硅，這意味著多晶硅生產(chǎn)企業(yè)必須具備足夠的場(chǎng)地和容器才能儲(chǔ)藏日益增長(zhǎng)的四氯化硅。從目前情況看，部分企業(yè)在缺乏這些條件和有效監(jiān)管的情況下，就會(huì)將難以儲(chǔ)存的四氯化硅就地深埋，這是一種低成本儲(chǔ)存方式。但由于四氯化硅的強(qiáng)腐蝕性和急毒性，將造成周邊土壤和地下水系的毀滅性污染。對(duì)于后一種方式而言，“外包”人員多數(shù)是依靠偷倒的方式來處理四氯化硅。各地調(diào)查表明，多晶硅企業(yè)倒貼錢將四氯化硅“外包”給這些人員，往往造成四氯化硅污染在空間范圍上的大面積轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散。

因此，促使多晶硅企業(yè)的環(huán)境信息公開、加強(qiáng)媒體、公眾和非政府組織等的監(jiān)督，使多晶硅企業(yè)不得不考慮污染行為的后果，實(shí)現(xiàn)利益相關(guān)者之間的利益平衡。

解決地方政府缺乏環(huán)境責(zé)任意識(shí)的問題

除了企業(yè)缺乏環(huán)境責(zé)任外，一些地方政府同樣缺乏環(huán)境責(zé)任意識(shí)。多晶硅是一個(gè)研發(fā)投入大、工業(yè)增長(zhǎng)率高、產(chǎn)業(yè)層次高的行業(yè)。1000噸級(jí)的多晶硅項(xiàng)目至少需要10億元投資，這會(huì)增加地方GDP和財(cái)政收入，也有利于官員實(shí)現(xiàn)政績(jī)提升。在這種情況下，地方政府規(guī)制的動(dòng)力減弱，一些官員甚至成了多晶硅的代言人，河南某市就出現(xiàn)了環(huán)保官員帶頭跑環(huán)評(píng)的現(xiàn)象。

在全球發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的大背景下，新能源成為越來越熱的話題。但面對(duì)任何一項(xiàng)新技術(shù)或新能源的利用，我們都應(yīng)該本著科學(xué)的態(tài)度，從正反兩個(gè)方面全面看待，合理開發(fā)、合理利用，使新能源和新技術(shù)真正造福于人類。

陳平 《環(huán)境保護(hù)》雜志記者