پارادوکس انرژی‌های تجدیدپذیر: صفحات خورشیدی و ضایعات سمی آنها

جنبه تاریک استفاده از صفحات خورشیدی

در سراسر جهان ، فشارهای زیادی برای کاهش وابستگی ما به سوخت‌های فسیلی به دلایل مختلف وجود دارد. که مهمترین آنها حفظ سیاره ما است. در میان استراتژی‌های مختلفی که در حال توسعه است، یکی بیشترین توجه را به خود جلب می‌کند – فناوری‌های تجدیدپذیر، مانند صفحات خورشیدی می‌باشد.

از آنجا که ادعا می‌شود این فناوری‌ها کاملاً پایدار هستند. به نظر می‌رسد، غالباً خسارت‌های واقعی ناشی از تولید و استفاده از این فناوری‌ها نادیده گرفته می‌شوند. درست مانند توربین‌های بادی، صفحات خورشیدی ممکن است جنبه‌های تاریک‌تری نسبت به آنچه که واقعا تصور می‌شود داشته باشند.

حجم ضایعات صفحات خورشیدی بسیار بیشتر از انرژی هسته‌ای

این بدان معنا نیست که صفحات خورشیدی باید به طور کامل کنار گذاشته شوند. اما باید گفتگوی صادقانه و واقع بینانه‌تری در مورد آنها انجام شود.
برای آگاهی بیشتر از مقیاس مشکل، می‌توانید برخی از داده‌های جالب ارائه شده در اینجا را مطالعه کنید. این مقاله که توسط روزنامه نگاران محیط زیست که طرفدار انرژی هسته‌ای هستند انجام شده است. نشان داد که صفحات خورشیدی (در طول عمر خود) در منطقه 300 برابر زباله‌های سمی بیشتری نسبت به نیروگاه‌های هسته‌ای ایجاد می‌کنند.

اگر فرض کنیم که پانل‌های PV و نیروگاه‌های هسته‌ای هریک به همان میزان انرژی هسته‌ای تولید شده سال 2016، در 25 سال آینده تولید می‌کنند. تفاوت ضایعات تولید شده قابل توجه خواهد بود. اگر این زباله‌ها را برداشته و روی زمین فوتبال بچینیم. ضایعات هسته ای به ارتفاع برج کج پیزا می‌رسد. از طرف دیگر، زباله های خورشیدی برابر با ارتفاع دو کوه اورست است.
البته، ماهیت پسماندهای ایجاد شده بین این دو بسیار متفاوت است. اما نمی توان از مقدار پسماند آن چشم‌پوشی کرد. در حال حاضر، محتمل‌ترین محل نهایی برای این زباله‌ها در محل دفن زباله است. که به هیچ وجه ایده‌آل نیست.

اما چگونه؟ برای پی بردن به این موضوع ، زندگی یک صفحه خورشیدی را از ابتدا تا انتها دنبال کنیم.

برای ساخت صفحات خورشیدی از چه موادی استفاده می‌شود؟

مانند هر چیزی که تولید می‌شود، صفحات خورشیدی برای ساخت به منابع اولیه احتیاج دارند. در مورد پنل‌های خورشیدی، این شامل مواد مختلف است، اما بیشتر از نوع خاصی از سیلیکون ساخته شده‌اند.
سیلیکون یکی از فراوان‌ترین مواد روی زمین است. در بیشتر موارد، منبع خام سیلیکون (به شکل دی اکسید سیلیکون ، معروف به سیلیس) یک ماده معدنی به نام کوارتز است.

دستیابی به این امر ماده شامل معدنکاری است. که تمام مسائل مربوط به سلامتی و ایمنی را در بر می‌گیرد. سیلیس، مشابه آزبست، دارای برخی مشکلات بالقوه سلامتی است که با استنشاق ذرات کوچک سیلیس به نام سیلیکوز ارتباط دارد. درست مانند آزبستوز، که منجر به یک بیماری ریوی ناتوان کننده و معمولاً کشنده می‌شود.
با این حال، از آنجا که استخراج معادن یک روش معمول برای تأمین بسیاری از مواد اولیه است. این موضوع منحصر به تولید پنل‌های خورشیدی نیست.

پس از استخراج سیلیس، باید به شکل خالص‌تری مانند سیلیکون متالورژی تصفیه شود. توجه به این نکته ضروری است که این ماده برای بسیاری از انواع قطعات الکترونیکی استفاده می‌شود. اما یکی از اجزای اصلی تولید صفحات خورشیدی است.

مدت زمان بازپرداخت

تولید این نوع سیلیکون در کوره‌های غول پیکر صورت می‌گیرد که انرژی زیادی را برای کارکردن آنها مصرف می‌کند. در بیشتر موارد، انرژی از طریق احتراق سوخت‌های فسیلی به صورت مستقیم یا از نیروگاه‌های برق تأمین می‌شود.
این امر به ویژه در مورد کشورهایی که هنوز به شدت به سوخت‌های فسیلی برای تولید برق متکی هستند، صادق است. در حالی که این سرمایه‌گذاری در انرژی اغلب در طول عمر صفحات خورشیدی “بازپرداخت” می‌شود. مدت زمانی که طول می‌کشد بستگی مستقیم به اندازه‌گیری به نام مقدار شدت کربن دارد.

این معیار اندازه‌گیری کیلوگرم CO2 منتشر شده توسط کیلووات ساعت برق است. این مقدار در هر کشور متفاوت است. و در جاهایی مانند چین دو برابر ایالات متحده است. اگر صفحات خورشیدی در چین ساخته شده و در چین نصب شده باشند، بازپرداخت آن نسبتاً سریع است. اما اگر پانل‌ها در چین ساخته شده و سپس به ایالات متحده ارسال شده باشند، بازپرداخت آن به طور قابل ملاحظه‌ای طولانی‌تر است. (حتی بدون در نظر گرفتن میزان انتشار گازهای حمل و نقل). اگر پانل های PV با استفاده از برق با انتشار کم کربن ساخته شوند، بدیهی است که بازپرداخت آن بسیار سریعتر است.

فرایند تولید سیلیکون خالص برای صفحات خورشیدی

فرآیند متالورژی تولید سیلیکون نیز خود گازهای مضر زیادی مانند دی اکسید گوگرد و اکسیدهای نیتروژن و البته دی اکسیدکربن تولید می‌کند. تولید پانل‌های خورشیدی در مقیاس بزرگ می‌تواند مقدار قابل توجهی از این گازها را تولید کند (مانند باران اسیدی و غیره).
اما، این تنها آغاز روند ایجاد یک پنل جدید است. این سیلیکون متالورژی نیز نیاز به پردازش بیشتری دارد. سیلیکون درجه متالورژی نیز با اسید کلریدریک ترکیب شده. و تری کلروسیلان ایجاد می‌کند. که پیش‌ساز اصلی سیلیکون فوق خالص در صنایع نیمه هادی است.

همچنین با هیدروژن واکنش داده و اشکال واسطه‌ای از سیلیکون به نام پلی سیلیکون و تتراکلراید سیلیکون را با نسبت 1: 3 تولید می‌کند. دومی بسیار سمی است.

برخی تولیدکنندگان، مواد زائد را بازیافت می‌کنند تا سیلیکون را برای تولید در آینده بازیابی کنند. اما در بیشتر موارد، به سادگی دور ریخته می‌شود. اگر تتراکلرید سیلیکون در معرض آب قرار گیرد، این معمولاً منجر به آزاد شدن اسید کلریدریک می‌شود. که بدیهی است برای محیط زیست عالی مخرب خواهد بود.

کشورهایی مانند ایالات متحده، انگلستان و کشورهای اتحادیه اروپا استانداردهای محیطی بسیار سختی دارند. بیشتر تولید پلی‌سیلیکون در حال حاضر در شرق دور اتفاق می‌افتد. جایی که مقررات کمتر سختگیرانه است.

در حقیقت، تحقیقات واشنگتن پست در سال 2008 نشان داد که یکی از تاسیسات پلی سیلیکون چین به جای سرمایه‌گذاری در تجهیزات مورد نیاز برای بازیافت و استفاده مجدد، به سادگی تتراکلرید زباله خود را در میدان‌های مجاور می‌ریخت. بدیهی است که این امر منجر به اعتراض بین المللی شد و دولت چین استانداردهایی را وضع کرد که حداقل 98.5 درصد از این زباله را بازیافت می‌کند.

تولید  پنل‌های خورشیدی چه اثرات زیست محیطی دارد؟

اما صبر کنید، ما هنوز کار را تمام نکرده‌ایم. متأسفانه، تولید پلی سیلیکون هنوز پایان داستان نیست. به منظور افزایش بازده پنل خورشیدی، به مقدمات بیشتری نیاز است. ابتدا، پلی‌سیلیس باید به شمش‌های آجری شکل تبدیل شود. و سپس به ویفرهای نازک بریده شود. ویفرهای سیلیکونی سپس با موادی مانند گالیم، کادمیوم، آرسنیک، آنتیموان. بیسموت، لیتیوم و غیره “دوپ” می‌شوند تا اجزای سلول خورشیدی ایجاد شوند. که برای ایجاد اثر فتوولتائیک حیاتی هستند. بیشتر آنها به نوبه خود به طور بالقوه برای محیط زیست بسیار خطرناک هستند.
این فرایند همچنین مستلزم استفاده از کلرید فسفوریل است. که همچنین بسیار سمی و بسیار خورنده است.

نه تنها این ، بلکه بیشتر این مراحل مستلزم استفاده از مواد شیمیایی خطرناک است. در درجه اول اسید هیدروفلوریک. این یکی از قوی‌ترین اسیدها در جهان است. و اگر به درستی از آن استفاده نشود، بسیار خطرناک است.

در حال حاضر کار برای جایگزینی هیدروفلوریک اسید با هیدروکسید سدیم در حال انجام است. اما این ماده شیمیایی مسائل ذاتی خود را نیز دارد.

برای خبرهای بیشتر اینجا را کلیک کنید.
منبع: interesting engineering