Российские ученые предложили эффективный способ переработки старых солнечных панелей
Российские ученые предложили эффективный способ переработки старых солнечных панелей Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) и Севастопольского государственного университета предложили двухэтапный способ переработки отслуживших солнечных панелей с получением из отходов карбида кремния — ценного и востребованного материала для создания силовой электроники и огнеупорной керамики. Солнечная энергетика считается экологически чистой, однако сами фотоэлектрические модули служат всего 20-30 лет. После окончания срока эксплуатации они превращаются в сложные многокомпонентные отходы, содержащие стекло, алюминий, кремний, медь, полимеры и другие элементы. Существует несколько методов переработки солнечных панелей: химический, термический, механический. Однако они требуют дорогих и токсичных реагентов и дают на выходе продукт низкого качества, который нельзя повторно использовать. Авторы исследования разработали метод двухстадийной переработки солнечных панелей с получением полезного материала с высокой добавленной стоимостью — карбида кремния. Это твердый, термостойкий и устойчивый к коррозии материал с высокой теплопроводностью. Его применяют при изготовлении абразивов, огнеупорных изделий, керамики, нагревательных элементов и компонентов силовой электроники. Для апробации нового метода ученые использовали отслужившую поликристаллическую солнечную панель. Сначала с помощью метода пиролиза ее нагрели до 500 °C, чтобы отделить от полимерной прослойки кремний, а затем кремнийсодержащий материал смешали с техническим углеродом и с помощью безвакуумной электрической дуги при температуре 1800 °C получили карбид кремния. Весь процесс занял одну минуту. «Пиролиз помог решить одновременно несколько задач: удалить мешающие дальнейшей переработке полимеры, получить твердый углеродный остаток и собрать газообразные продукты. По нашим расчетам, средний выход углеродного остатка составил 45,8 % от массы обрабатываемого материала. Максимальная концентрация метана в газовой смеси достигла 5 %об., а угарного и углекислого газов — примерно 0,6 %. Преимущество предварительного пиролиза подтвердил и анализ состава. После такой обработки в конечном продукте исчезала фаза силицида железа. Это снижало количество нежелательных примесей и повышало долю целевого карбида кремния», — рассказала один из авторов исследования, ассистент отделения материаловедения ТПУ Жанар Болатова. В ходе дополнительных исследований ученые выяснили, как количество углерода влияет на образование карбида кремния. Результаты показали, что при увеличении его содержания в исходной смеси от нуля до 30 % доля карбида кремния в твердом продукте выросла с 46 до 61 %. При этом содержание свободного кремния снизилось с 19,7 до 8,3 %, а доля диоксида кремния — с 3 % до следовых количеств. По словам ученых, это свидетельствует о том, что дополнительный углерод помог вовлечь больше кремния в химическую реакцию.