В октябре–ноябре 2009 г. в России явно, как региональная эпидемия гриппа, обострилось всеобщее внимание к кремнию.
Омская группа «Титан» (НПО «Силарус») и правительство региона 2 октября сообщили, что совместно с германской Centrotherm photovoltaics AG построят завод по производству кремния объемом до 10 тыс. т в год.
ИА «Сибинфо» сразу напомнило, что к концу 2009 г. в регионе обещано запустить проект по производству кремния «Зи Поли Томск» на площадке Томской ОЭЗ. А позже – производство кремния в Усолье-Сибирском (Иркутская область), реализуемый компанией «Нитол» и инвестируемый «Роснано» в объеме 7,5 млрд руб.
Через неделю сама корпорация «Роснано» подтвердила инвестиции более 10 млрд руб. в производство кремния и солнечных батарей на базе ОАО «Химпром» в г. Новочебоксарске (Чувашия) по технолгии Oerlikon Solar (Швейцария).
В послании Федеральному собранию 12 ноября президент Дмитрий Медведев вновь предложил создать российский аналог американской Силиконовой (или Кремниевой) долины.
Помимо подмосковного Зеленограда, где эта самая долина создается в четвертый или в пятый раз (со времени создания города в 1958 г.), на призыв президента еще в ноябре сразу откликнулись еще три региона.
В столице Карелии 19 ноября на форуме «Евро-Россия» (точнее – Карелия и соседи) более богатой Финляндии предложен инвестпроект пары вариантов технопарков Green field для будущей «силиконовой долины».
Через два дня в Северной Осетии Министерство инвестиций и внешнеэкономических связей подписало соглашение с фирмой АСЭН о создании Кремневой долины Тагаурия. Причем речь идет совсем не о добыче кремней и высечении огня, а именно о кремнии и инновациях.
Еще через три дня, 24 ноября, глава Томской области В. Кресс сообщил, что российскую «силиконовую долину» дешевле, проще, быстрее и надежнее создать именно в его регионе.
Ну а 28 ноября главный российский специалист по инновациям Анатолий Чубайс посетил в Иркутске выставку и презентацию проекта «Солнечный кремний», представленный ИрИХ ИНЦ СО РАН. Из кварцитов Бурятии, в частности, предложено выпускать и пластины мультикремния. Пилотная стадия проекта предполагает получение 400 т продукции в год и признана весьма интересной…
Завершая описание этого ажиотажа, отметим, что главное предложенное направление сбыта для всех российских кремниевых проектов – производство полупроводников для преобразования света в электроэнергию. Причем – на экспорт, в страны более солнечные, нежели Россия…
Адепты внедрения солнечной энергетики в повседневную жизнь обещают стремительное улучшение экологии, неограниченный рост энергопоставок и выход человечества на новый уровень технологического развития. На ум моментально приходят сцены из фантастических фильмов (или хотя бы передач канала Discovery): колоссальные ажурные конструкции, море света, исключительная чистота и всеобщее благоденствие.
Главные аргументы внедрения в качестве основных источников энергии батарей на основе кремния – широкая распространенность данного элемента, относительная простота технологии производства и длительный срок службы.
С точки зрения дальних перспектив этого бизнеса обещается постоянный, причем экспоненциальный, рост объемов потребления кремния солнечной энергетикой.
Повсеместно приводимые данные исследовательской компании Lux Research (США) таковы: общий размер рынка достиг в 2008 г. $33,3 млрд, или около 5 ГВт. С 2001 г. рынок в денежном выражении увеличился более чем в 11 раз.
Производство поликристаллического кремния для нужд солнечной энергетики за последние три года примерно удвоилось, превысив 45 тыс. т. Ожидаемые участниками отрасли объемы производства по итогам 2009 г. должны составить около 60 тыс. т.
Признаемся, дух от перспектив захватывает… Но такое ли радужное (точнее – солнечное) будущее нас ожидает? Что на самом деле представляют из себя многочисленные «кремниевые долины»?
Чтобы разобраться в этом, совершим небольшой экскурс в технологию производства кремния.
1. Производство кремния
Наиболее распространенный способ производства кремния для солнечных батарей состоит из двух этапов: получения из исходного сырья (кварцитов) технического кремния с чистотой 95–98% и дальнейшей сложной химической обработки материала до получения кремния с чистотой от 99,999%.
Требования по чистоте к «солнечному» кремнию гораздо ниже, чем к полупроводниковому – в последнем количество примесей должно быть на два порядка меньше. Поэтому значительную долю кремния для солнечной энергетики долгое время составлял несостоявшийся полупроводниковый кремний. Однако в последние годы все больше кремния производится именно для нужд фотовольтаики (преобразования света в электричество). В 2009 г. соотношение объемов потребляемого кремния солнечной энергетикой и полупроводниковой промышленностью приближалось к 1:2.
Существуют и альтернативные варианты получения чистого кремния, однако они значительно уступают по распространенности старому, затратному, но проверенному Сименс-процессу. Да и в интересующих нас российских проектах ориентируются на традиционную цепочку. Поэтому в дальнейшем рассматривать будем именно ее.
1.1. Технический кремний
Кремний технической чистоты 95–98% производят методом восстановления углеродом при температуре 1800°С в открытых дуговых печах с графитовыми электродами с добавками нефтяного или пекового кокса (или малозольного каменного угля). Производительность печей составляет 650–900 кг кремния на 1 МВА мощности печи. Отметим также, что соотношение масс выпущенного кремния и использованного для его восстановления углерода – почти 1:1, при этом образуется до 2 т СО.
1.2. «Солнечный» кремний
Для получения высокочистого кремния необходимо произвести очистку технического кремния от примесей. Классическая технология основана на переводе кремния в соединение с хлором (трихлорсилан) и последующем водородном восстановлении трихлорсилана. Промышленно применяются (или применялись) также пиролиз моносилана и модная в СССР триэтоксисилановая технология. Другие альтернативы носят либо характер экспериментальных, либо применяются только в лабораторных условиях.
1.2.1. Восстановление трихлорсилана
Обычно (почти 90% производств) выбирают трихлорсилановый способ.
При этом технический кремний сначала подвергают гидрохлорированию, получая трихлорсилан (ТХС), который затем проходит этапы ректификации, обработки и восстановления. Процесс гидрохлорирования может быть остановлен на этапе хлорирования с получением тетрахлорсилана (тетрахлорид кремния) – бесцветной жидкости, пригодной для перевозки и продажи. Переработку именно этого полуфабриката предполагает, например, план организации Балтийской кремниевой долины.
Восстановление кремния из трихлорсилана происходит в Сименс-реакторе при температуре 1200–1300°С высокочистым водородом с последующим осаждением на стержни-затравки из кремния высокой чистоты. В реакторе кремний извлекается только из 10–15% поступившего трихлорсилана. Половина же трихлорсилана превращается в тетрахлорид кремния. Поэтому производитель оказывается перед выбором – либо возвращать оставшиеся продукты в начало цикла, предварительно проведя их разделение, очистку и разложение, затратив на это дополнительную энергию, либо сберечь электричество, но смириться с низким КПД процесса. Решение, как правило, зависит от соотношения стоимости сырья, электроэнергии и цен на тетрахлорид кремния – готовое сырьё для производства оптического волокна.
Омская группа «Титан» (НПО «Силарус») и правительство региона 2 октября сообщили, что совместно с германской Centrotherm photovoltaics AG построят завод по производству кремния объемом до 10 тыс. т в год.
ИА «Сибинфо» сразу напомнило, что к концу 2009 г. в регионе обещано запустить проект по производству кремния «Зи Поли Томск» на площадке Томской ОЭЗ. А позже – производство кремния в Усолье-Сибирском (Иркутская область), реализуемый компанией «Нитол» и инвестируемый «Роснано» в объеме 7,5 млрд руб.
Через неделю сама корпорация «Роснано» подтвердила инвестиции более 10 млрд руб. в производство кремния и солнечных батарей на базе ОАО «Химпром» в г. Новочебоксарске (Чувашия) по технолгии Oerlikon Solar (Швейцария).
В послании Федеральному собранию 12 ноября президент Дмитрий Медведев вновь предложил создать российский аналог американской Силиконовой (или Кремниевой) долины.
Помимо подмосковного Зеленограда, где эта самая долина создается в четвертый или в пятый раз (со времени создания города в 1958 г.), на призыв президента еще в ноябре сразу откликнулись еще три региона.
В столице Карелии 19 ноября на форуме «Евро-Россия» (точнее – Карелия и соседи) более богатой Финляндии предложен инвестпроект пары вариантов технопарков Green field для будущей «силиконовой долины».
Через два дня в Северной Осетии Министерство инвестиций и внешнеэкономических связей подписало соглашение с фирмой АСЭН о создании Кремневой долины Тагаурия. Причем речь идет совсем не о добыче кремней и высечении огня, а именно о кремнии и инновациях.
Еще через три дня, 24 ноября, глава Томской области В. Кресс сообщил, что российскую «силиконовую долину» дешевле, проще, быстрее и надежнее создать именно в его регионе.
Ну а 28 ноября главный российский специалист по инновациям Анатолий Чубайс посетил в Иркутске выставку и презентацию проекта «Солнечный кремний», представленный ИрИХ ИНЦ СО РАН. Из кварцитов Бурятии, в частности, предложено выпускать и пластины мультикремния. Пилотная стадия проекта предполагает получение 400 т продукции в год и признана весьма интересной…
Завершая описание этого ажиотажа, отметим, что главное предложенное направление сбыта для всех российских кремниевых проектов – производство полупроводников для преобразования света в электроэнергию. Причем – на экспорт, в страны более солнечные, нежели Россия…
Адепты внедрения солнечной энергетики в повседневную жизнь обещают стремительное улучшение экологии, неограниченный рост энергопоставок и выход человечества на новый уровень технологического развития. На ум моментально приходят сцены из фантастических фильмов (или хотя бы передач канала Discovery): колоссальные ажурные конструкции, море света, исключительная чистота и всеобщее благоденствие.
Главные аргументы внедрения в качестве основных источников энергии батарей на основе кремния – широкая распространенность данного элемента, относительная простота технологии производства и длительный срок службы.
С точки зрения дальних перспектив этого бизнеса обещается постоянный, причем экспоненциальный, рост объемов потребления кремния солнечной энергетикой.
Повсеместно приводимые данные исследовательской компании Lux Research (США) таковы: общий размер рынка достиг в 2008 г. $33,3 млрд, или около 5 ГВт. С 2001 г. рынок в денежном выражении увеличился более чем в 11 раз.
Производство поликристаллического кремния для нужд солнечной энергетики за последние три года примерно удвоилось, превысив 45 тыс. т. Ожидаемые участниками отрасли объемы производства по итогам 2009 г. должны составить около 60 тыс. т.
Признаемся, дух от перспектив захватывает… Но такое ли радужное (точнее – солнечное) будущее нас ожидает? Что на самом деле представляют из себя многочисленные «кремниевые долины»?
Чтобы разобраться в этом, совершим небольшой экскурс в технологию производства кремния.
1. Производство кремния
Наиболее распространенный способ производства кремния для солнечных батарей состоит из двух этапов: получения из исходного сырья (кварцитов) технического кремния с чистотой 95–98% и дальнейшей сложной химической обработки материала до получения кремния с чистотой от 99,999%.
Требования по чистоте к «солнечному» кремнию гораздо ниже, чем к полупроводниковому – в последнем количество примесей должно быть на два порядка меньше. Поэтому значительную долю кремния для солнечной энергетики долгое время составлял несостоявшийся полупроводниковый кремний. Однако в последние годы все больше кремния производится именно для нужд фотовольтаики (преобразования света в электричество). В 2009 г. соотношение объемов потребляемого кремния солнечной энергетикой и полупроводниковой промышленностью приближалось к 1:2.
Существуют и альтернативные варианты получения чистого кремния, однако они значительно уступают по распространенности старому, затратному, но проверенному Сименс-процессу. Да и в интересующих нас российских проектах ориентируются на традиционную цепочку. Поэтому в дальнейшем рассматривать будем именно ее.
1.1. Технический кремний
Кремний технической чистоты 95–98% производят методом восстановления углеродом при температуре 1800°С в открытых дуговых печах с графитовыми электродами с добавками нефтяного или пекового кокса (или малозольного каменного угля). Производительность печей составляет 650–900 кг кремния на 1 МВА мощности печи. Отметим также, что соотношение масс выпущенного кремния и использованного для его восстановления углерода – почти 1:1, при этом образуется до 2 т СО.
1.2. «Солнечный» кремний
Для получения высокочистого кремния необходимо произвести очистку технического кремния от примесей. Классическая технология основана на переводе кремния в соединение с хлором (трихлорсилан) и последующем водородном восстановлении трихлорсилана. Промышленно применяются (или применялись) также пиролиз моносилана и модная в СССР триэтоксисилановая технология. Другие альтернативы носят либо характер экспериментальных, либо применяются только в лабораторных условиях.
1.2.1. Восстановление трихлорсилана
Обычно (почти 90% производств) выбирают трихлорсилановый способ.
При этом технический кремний сначала подвергают гидрохлорированию, получая трихлорсилан (ТХС), который затем проходит этапы ректификации, обработки и восстановления. Процесс гидрохлорирования может быть остановлен на этапе хлорирования с получением тетрахлорсилана (тетрахлорид кремния) – бесцветной жидкости, пригодной для перевозки и продажи. Переработку именно этого полуфабриката предполагает, например, план организации Балтийской кремниевой долины.
Восстановление кремния из трихлорсилана происходит в Сименс-реакторе при температуре 1200–1300°С высокочистым водородом с последующим осаждением на стержни-затравки из кремния высокой чистоты. В реакторе кремний извлекается только из 10–15% поступившего трихлорсилана. Половина же трихлорсилана превращается в тетрахлорид кремния. Поэтому производитель оказывается перед выбором – либо возвращать оставшиеся продукты в начало цикла, предварительно проведя их разделение, очистку и разложение, затратив на это дополнительную энергию, либо сберечь электричество, но смириться с низким КПД процесса. Решение, как правило, зависит от соотношения стоимости сырья, электроэнергии и цен на тетрахлорид кремния – готовое сырьё для производства оптического волокна.
Источник: www.metaltorg.ru
