基于生命周期評估方法評價多晶硅片生產(chǎn)帶來的環(huán)境影響

崔穎孫秀英（. 山東大學能源與動力工程學院，山東濟南 5003；.東方地球物理公司遼河物探處，遼寧盤錦 400）

?

基于生命周期評估方法評價多晶硅片生產(chǎn)帶來的環(huán)境影響

崔穎1孫秀英2
（1. 山東大學能源與動力工程學院，山東濟南 250013；2.東方地球物理公司遼河物探處，遼寧盤錦 124010）

【摘要】生命周期評估（LCA）是估計產(chǎn)品生產(chǎn)的整個生命周期和其對環(huán)境的影響。這種方法通常是用于改進制造工藝和生態(tài)設計?；趯嶋H生產(chǎn)的數(shù)據(jù)，多晶硅產(chǎn)品對環(huán)境的影響可以采用生命周期評估方法通過定量計算分析得出，這種方法包括分類、定性、量化以及在SIMAPRO軟件的幫助下進行定量計算。

【關鍵詞】多晶硅 生命周期評估 SIMAPRO軟件 生態(tài)文明 環(huán)境友好型

近年來，隨著石油能源價格的不斷上漲，越來越多的人已經(jīng)開始密切關注新能源的開發(fā)和利用。伴隨著太陽能光伏發(fā)電的技術的逐漸形成，國際市場對多晶硅晶片的需求不斷增加，尤其是在許多發(fā)達國家，如德國，西班牙，美國和日本。在中國，多晶硅晶片的情況可以總結為一下幾點情況——企業(yè)恢復對多晶硅晶片的生產(chǎn)，持續(xù)傾銷到海外，不但價格低，而且需求量大，對于下游產(chǎn)業(yè)尤甚。

1 實驗軟件的介紹

SimaPro軟件，領先于LCA工具，可以在持續(xù)產(chǎn)品的開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展目標的指標方面幫助你。你可以制定可靠決策，主動改變你的產(chǎn)品的生命周期。 SimaPro是在80多個國家使用于調查行業(yè)，咨詢和研究機構的LCA軟件。而此軟件所研究的一項主要內容為多晶硅片太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可通過光伏效應把太陽能轉變?yōu)殡娔?。多晶硅晶片的生產(chǎn)主要由硅的采礦，冶煉，精煉，生產(chǎn)多晶硅晶片，生產(chǎn)太陽能電池及將太陽能轉化為電能的光伏平衡組件的生產(chǎn)等幾大方面組成。

2 多晶硅晶對環(huán)境的影響

2.1 實驗過程

實驗分為三個部分。首先，選擇5個影響因素—臭氧層，溫室氣體的排放，酸化的效果的破壞，資源消耗和能量，以便分析資源環(huán)境的消耗。數(shù)據(jù)包括2.68千克硅，120千克水和12.7KW.h電，這些能夠在數(shù)據(jù)庫中找到。其次，尋找其他能源和資源，1.5千克的鎂化硅，454.20公斤冷卻水，17千克淡水，50千克蒸汽和190KW.h電力，在多晶硅的純化過程中輸入，之后輸入多晶硅切片切割過程的能量需求。第三，使用SIMAPRO軟件的分類、鑒定和量化功能可以自動分析并寫下模型及方法，最后我們得出結論，并根據(jù)結論分析關鍵點。

2.2 系統(tǒng)邊界

該系統(tǒng)的邊界，從一開始就應該知道，包括從原材料到組裝的光伏板，某些化學物質沒有包含在內，因為沒有實際的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。在投資過程中，從準備材料開始，并且我們設置了流程表，流程表需要輸入在多晶硅晶片鑄造和切割的資源和能源利用，之后過程中產(chǎn)生的污染物會自動輸出。因此，多晶硅晶片鑄造和切割過程是系統(tǒng)邊界最重要的組成部分。

2.3 數(shù)據(jù)清單

在具體的研究的基礎上，我們分析了整個生命周期資源的數(shù)據(jù)清單。之后，我們計算了多晶硅晶圓產(chǎn)生1WM太陽能所需的資源，能源和排放。我們假設二氧化碳和一氧化碳，在沒有包含在計算之內，因為COD的廢水不能準確測定。對于固體廢物的檢測，我們只需考慮生活垃圾——包括硅礦在內的原材料的消耗。

2.4 功能單位

我們只比較主要光伏電池板，即使一個晶體硅太陽能電池組件中的沖擊達到生命周期評價的環(huán)境影響。影響是在各類環(huán)境之間關系的基礎上，通過定量計算估測不同類型的環(huán)境。以目前的方法的效果看，最好的方法是層次分析權重法。

3 結語

實驗結果表明，國內先進水平有較高的利用資源和能源，相比一般水平，減少了污染物的排放，特別是在粉塵排放，酸化潛力，全球變暖潛能和臭氧消耗方面的潛力。最重要的環(huán)境因素是水，蒸汽和水的循環(huán)和蒸汽。隨著實驗的繼續(xù)，有產(chǎn)生能量，因此溫度也是一個重要的方面。多晶硅晶片企業(yè)節(jié)約能源的方法是使用清潔能源，改善循環(huán)水和錠過程的利用率，增加鑄錠時晶粒的尺寸，以及使用具有更小的環(huán)境污染物的排放的清潔材料。

通過生命周期的分析，我們發(fā)現(xiàn)主流技術的光伏組件在中國生產(chǎn)位居第二——為光伏電池板生產(chǎn)的主流技術的能量需求超過兩倍的技術。根據(jù)最好的技術，光伏電池板的主流技術的生命周期防止全球變暖潛能也增加一倍以上。因此，主流技術對環(huán)境的影響更加嚴峻。這不僅造成了巨大的環(huán)境污染，也造成了資源的極大浪費。對實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展這是非常不利的。

最重要的環(huán)境方面的主要材料是光伏電池板的硅生產(chǎn)工藝。大部分固體硅包括二氧化硅，碳化硅和硫化硅組成，不能造成環(huán)境污染。四氯化硅會污染環(huán)境，但其產(chǎn)能小。最大含量的污染物是二氧化硫，二氧化氮，氯化物和氟化物。因此生產(chǎn)過程中的主要污染是由大氣中的污染引起的。同時化石燃料發(fā)電量占中國的總發(fā)電量的77.7%，所需要的電能生產(chǎn)也將導致嚴重的大氣污染。所以光電面板生命周期中的環(huán)境方面最重要的是大氣的污染。

最重要的階段沒有污染的光伏板時使用。在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量大氣污染物，包括二氧化硫，二氧化氮，氯化物和氟化物。四氯化硅會造成水體污染。泥會造成土壤污染。太陽能級多晶硅的生產(chǎn)將產(chǎn)生二氧化硫和二氧化氮，這是大氣污染物，以及氯化物和氟化物從硅純化。澆鑄/晶片化工藝將導致材料的相當大的損失。因此，太陽能級多晶硅的生產(chǎn)和鑄造/晶片化過程是最重要的階段性污染。

參考文獻：

［1］ALSEMA A.Energy Pay-back Time and CO2 emissions of PV system ［J］. Progress in Photovoltaics，2008，8（1）：17-25.

［2］FTHENAKIS V，ALSEMA A.Photovoltaics energy payback times. greenhouse gas，emissions and external costs：2004 early 2005 status ［J］，Progress in Photovoltaics，2006，14（3）：275-280.

［3］FTHENAKIS V，KIM H，ALSEMA A.Emissions from Photovoltaics Life Cycles［J］.Environ Sci Technol，2008，42（6）：2168-2174.

［4］BATTISTI R，CORRADO A.Evaluation of technical improvements of photovoltaics systems through life cycle assessment methodology［J］，Energy，2005，30（7）：952-967.