基于生命周期評估方法評價多晶硅片生產帶來的環境影響

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）

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基于生命周期評估方法評價多晶硅片生產帶來的環境影響

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）是估計產品生產的整個生命周期和其對環境的影響。這種方法通常是用于改進制造工藝和生態設計。基于實際生產的數據，多晶硅產品對環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 生態文明 環境友好型

近年來，隨著石油能源價格的不斷上漲，越來越多的人已經開始密切關注新能源的開發和利用。伴隨著太陽能光伏發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——企業恢復對多晶硅晶片的生產，持續傾銷到海外，不但價格低，而且需求量大，對于下游產業尤甚。

1 實驗軟件的介紹

SimaPro軟件，領先于LCA工具，可以在持續產品的開發和可持續發展目標的指標方面幫助你。你可以制定可靠決策，主動改變你的產品的生命周期。 SimaPro是在80多個國家使用于調查行業，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電系統，該系統可通過光伏效應把太陽能轉變為電能。多晶硅晶片的生產主要由硅的采礦，冶煉，精煉，生產多晶硅晶片，生產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等幾大方面組成。

2 多晶硅晶對環境的影響

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，以便分析資源環境的消耗。數據包括2.68千克硅，120千克水和12.7KW.h電，這些能夠在數據庫中找到。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，并根據結論分析關鍵點。

2.2 系統邊界

該系統的邊界，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數據。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邊界最重要的組成部分。

2.3 數據清單

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據清單。之后，我們計算了多晶硅晶圓產生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境影響。影響是在各類環境之間關系的基礎上，通過定量計算估測不同類型的環境。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。最重要的環境因素是水，蒸汽和水的循環和蒸汽。隨著實驗的繼續，有產生能量，因此溫度也是一個重要的方面。多晶硅晶片企業節約能源的方法是使用清潔能源，改善循環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境污染物的排放的清潔材料。

通過生命周期的分析，我們發現主流技術的光伏組件在中國生產位居第二——為光伏電池板生產的主流技術的能量需求超過兩倍的技術。根據最好的技術，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，主流技術對環境的影響更加嚴峻。這不僅造成了巨大的環境污染，也造成了資源的極大浪費。對實現可持續發展這是非常不利的。

最重要的環境方面的主要材料是光伏電池板的硅生產工藝。大部分固體硅包括二氧化硅，碳化硅和硫化硅組成，不能造成環境污染。四氯化硅會污染環境，但其產能小。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。同時化石燃料發電量占中國的總發電量的77.7%，所需要的電能生產也將導致嚴重的大氣污染。所以光電面板生命周期中的環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。在生產過程中會產生大量大氣污染物，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將產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和鑄造/晶片化過程是最重要的階段性污染。

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