Resirkulerer kvartsdigler

des 4, 2018

Tekst: Anne-Lise Aakervik
Foto: synlig.no

En nyutviklet prosess gjør det mulig å resirkulere kvartsdiglene som brukes for å støpe silisium til solcelleindustrien. I dag går disse på dynga. Metoden gjør det mulig å skille ut høyren kvartsmaterialer med stor markedsverdi.

 

Solcelleindustrien er i kraftig vekst og markedet etterspør flere og bedre solceller. I dag lages solceller av silisium-ingots som støpes i digler av høyren kvarts. (se illustrasjon 1) Kvartsdiglene er kostbare å lage, men de må likevel kasseres etter få støperunder på grunn av sprekker og urenheter.  Materialrestene som deponeres inneholder silika (kvarts omdannes til silika under prosessen) , i tillegg til silisiumrester som ligger igjen i bunn av diglene. Dette er verdier som kan gjenvinnes med riktig metode.

Denne problemstillingen var godt kjent for forskerne Erik Larsen og Rolf Arne Kleiv som jobber ved Institutt for geovitenskap og petroleum. De begynte å tenke på muligheter for resirkulering. Erik Larsen fikk nærmest en åpenbaring da han under et besøk hos en produsent la merke til at det lå hauger med kasserte digler utenfor fabrikken. «Dette må det være mulig å gjøre noe med» tenkte Larsen.

Norge er en av de største produsentene i Europa, men likevel en relativt liten aktør sammenlignet med det asiatiske markedet når det kommer til silisium-støping for solcelleproduksjon.

I laboratoriet demonstrerer Erik Larsen en del av prosessen som skal testes i stor-skala. Går dette bra håper gjengen bak SiQua at markedet vil få øynene opp for prosessen som er utviklet.

Stor etterspørsel, mer produksjon
Solenergi alt i alt er en veldig ren måte å lage strøm på, men nye teknologier og prosesser må stadig videreutvikles for å bringe produksjon av solcellepaneler i en enda mer energieffektiv og miljøvennlig retning. Det er veldig krevende å lage et av verdens reneste industrimaterialer billig. Man må ha en kombinasjon av store volum, ekstrem renhet og lav pris.

– Solcellemarkedet vokser hurtig nå, og med det øker bruken av kvartsdigler. Det betyr at vi kaster betydelige menger verdifullt materialer som kan resirkuleres ogsom er attraktivt for produsentmarkedet, sier Erik Larsen.

Larsen har lang erfaring med prosesser som skiller ulike materialer fra hverandre og har testet ut hva som skjer dersom han endrer på og videreutvikler noen sentrale steg i en prosess som kalles flotasjon. Ideen går ut på å kunne resirkulere kvartsdiglene for å unngå at høyren silika og høyren silisium går til spille. Dette er materialer som har stor markedsverdi.

Synlig resultat
Erik Larsen har sammen med professor Rolf Arne Kleiv tilbragt mange lange dager på laboratoriet for å prøve ut en ny prosess for resirkulering av kvartsdigler. – Dette har vært en tidkrevende prosess, men nå begynner endelig resultatene å komme, sier Larsen.

Forskerne er så fornøyde at de har sendt inn patentsøknad. De har også søkt om midler fra NTNU Discovery for å få muligheten til å verifisere at de virkelig får svært høy renhet på silika og silisium ved bruk av den nye patenterbare metoden.

Med støtte fra NTNU Discovery kan vi sette fart på verifiseringen og raskere komme i en posisjon med hensyn til samarbeidspartnere, sier Larsen. Gjenvinningsprosessen er allerede velutprøvd i lab-skala.

Ingen konkurrenter
– Vi kjenner ikke til andre aktører som resirkulerer kvartsmaterialet slik som vi har tenkt, sier Erik Larsen. De metodene som man kjenner til i dag tar i bruk smelteprosesser. Med våre prosesser omgår man smelting og slipper dermed kostnadskrevende høytemperatur-prosesser.
– Vi ser for oss at teknologien skal lisensieres ut til en større aktør som har ressurser tilgjengelig for å investere i en ny prosess og en ny infrastruktur, sier Kristin Lønsethagen som er prosjektleder fra NTNU Technology Transfer. – Sluttkunden i dette kommersialiseringsprosjektet vil være aktører som lager produkter av høyren kvarts. Dette er blant annet produsenter av kvartsdigler, samt selskaper som lager andre produkter som skal anvendes innenfor halvlederteknologi, telekommunikasjon, optiske komponenter, kvartsglass-produkter, etc.

Erik Larsen fikk nærmest en åpenbaring da han under et besøk hos en produsent la merke til at det lå hauger med kasserte digler utenfor fabrikken. Dette må det gå an å gjøre noe med, tenkte han. Sammen med Kristin Lønsethagen fra NTNU TTO tester de nå ut den nyutvikla prosessen. 

Flere leverandører
Ved kommersialisering av resirkuleringsprosessen vil også solcelleprodusenter utenfor Norge bli leverandører av kvartsdigler. I Europa er det identifisert ytterligere silisiumstøpere som skal kontaktes for å finne ut hvor store mengder som de deponerer i dag. De norske selskapene Norwegian Crystals og NorSun har planer om å øke produksjonen kraftig i kommende år, og dette er en indikasjon på den kraftige veksten som foregår i solcellemarkedet. Det sier også noe om at det vil være rikelige mengder kvartsmateriale tilgjengelig i Europa som kan sørge for store leveranser av inngangsmateriale til prosessen. I dag betaler silisium-støperne for å få deponert diglene etter bruk, og materialet er dermed foreløpig tilgjengelig uten kostnader utover transport.

Optimismen for at dette vil bli kommersielt realisert er derfor stor hos Erik Larsen og Kristin Lønsethagen og teamet de har med seg i SiQua.

Dette er teamet som jobber med SiQua.

Fakta:

Solceller: Som energikilde er solen uovertruffen. Hvert år mottar jorda 15 000 ganger mer energi fra solen enn det jordens befolkning bruker. Selv i Norge gir solen 1500 ganger mer energi enn det vi bruker*. Solceller konverterer energien i solstråler til elektrisitet ved hjelp av den fotovoltaiske effekten. Solceller kan benyttes direkte på bygg, i større solcelleparker for elektrisitetsproduksjon eller som strømkilde der det ikke er kraftnett. Solceller består av silisium som enten er oppskåret til wafere eller er laget av tynnfilm. Silisium er det nest mest vanlige grunnstoffet i jordskorpen og er ikke helse- eller miljøfarlig.

*Kilde: Norsk Solenergiforening.

Kvarts:Selve silisium-ingoten som blir til solceller støpes i kvartsdigler. Kvartsdiglene lages ved å omdanne høyren kvartssand ved høye temperaturer. Kvartsdiglene som solcellene støpes i blir kastet etter noen få gangers bruk på grunn av sprekker og forurensing. Dermed går store volum av råmateriale tapt. Dette er ikke bra med tanke på veksten i solcellemarkedet som nå er i ferd med å ta av. Det er bare et fåtalls gruveforekomster av høyren kvartssand på jorda. Den nye NTNU prosessen gjenvinner kvartsdiglene og skiller ut høyren silika og høyren silisium som kan selges på nytt og gå inn i produksjonen igjen.

Norge er en av de største produsentene i Europa, men likevel en relativt liten aktør sammenlignet med det asiatiske markedet når det kommer til silisium-støping for solcelleproduksjon. Bare i Norge kastes rundt rundt 1200 tonn digelmateriale årlig. Høyren kvarts kan selges til en pris på 50 – 100 kr/kg, som vil si at hvis den årlige mengden kvartsdigler som i dag kastes istedenfor blir resirkulert så vil salgsprisen ende på rundt 60 millioner kroner. Til sammenligning er prisen på kvarts med lavere renhetkvarts rundt 0,5 – 1 kr/kg, som tilsier at det er mye å hente på å resirkulere kvartsmaterialet.

 

Kontakt:
Håvard Wibe
Epost: havard.wibe@ntnu.no
Telefon: 41 47 37 68
Kontor: Hovedbygget, sokkel , rom 009

 

Personvernerklæring