崔穎孫秀英（. 山東大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，山東濟(jì)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(píng)估方法評(píng)價(jià)多晶硅片生產(chǎn)帶來的環(huán)境影響

崔穎1孫秀英2
（1. 山東大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，山東濟(jì)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(píng)估（LCA）是估計(jì)產(chǎn)品生產(chǎn)的整個(gè)生命周期和其對(duì)環(huán)境的影響。這種方法通常是用于改進(jìn)制造工藝和生態(tài)設(shè)計(jì)?；趯?shí)際生產(chǎn)的數(shù)據(jù)，多晶硅產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響可以采用生命周期評(píng)估方法通過定量計(jì)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(jìn)行定量計(jì)算。

【關(guān)鍵詞】多晶硅 生命周期評(píng)估 SIMAPRO軟件 生態(tài)文明 環(huán)境友好型

近年來，隨著石油能源價(jià)格的不斷上漲，越來越多的人已經(jīng)開始密切關(guān)注新能源的開發(fā)和利用。伴隨著太陽能光伏發(fā)電的技術(shù)的逐漸形成，國(guó)際市場(chǎng)對(duì)多晶硅晶片的需求不斷增加，尤其是在許多發(fā)達(dá)國(guó)家，如德國(guó)，西班牙，美國(guó)和日本。在中國(guó)，多晶硅晶片的情況可以總結(jié)為一下幾點(diǎn)情況——企業(yè)恢復(fù)對(duì)多晶硅晶片的生產(chǎn)，持續(xù)傾銷到海外，不但價(jià)格低，而且需求量大，對(duì)于下游產(chǎn)業(yè)尤甚。

1 實(shí)驗(yàn)軟件的介紹

SimaPro軟件，領(lǐng)先于LCA工具，可以在持續(xù)產(chǎn)品的開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的指標(biāo)方面幫助你。你可以制定可靠決策，主動(dòng)改變你的產(chǎn)品的生命周期。 SimaPro是在80多個(gè)國(guó)家使用于調(diào)查行業(yè)，咨詢和研究機(jī)構(gòu)的LCA軟件。而此軟件所研究的一項(xiàng)主要內(nèi)容為多晶硅片太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可通過光伏效應(yīng)把太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。多晶硅晶片的生產(chǎn)主要由硅的采礦，冶煉，精煉，生產(chǎn)多晶硅晶片，生產(chǎn)太陽能電池及將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的光伏平衡組件的生產(chǎn)等幾大方面組成。

2 多晶硅晶對(duì)環(huán)境的影響

2.1 實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)部分。首先，選擇5個(gè)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(huán)境的消耗。數(shù)據(jù)包括2.68千克硅，120千克水和12.7KW.h電，這些能夠在數(shù)據(jù)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(dòng)分析并寫下模型及方法，最后我們得出結(jié)論，并根據(jù)結(jié)論分析關(guān)鍵點(diǎn)。

2.2 系統(tǒng)邊界

該系統(tǒng)的邊界，從一開始就應(yīng)該知道，包括從原材料到組裝的光伏板，某些化學(xué)物質(zhì)沒有包含在內(nèi)，因?yàn)闆]有實(shí)際的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。在投資過程中，從準(zhǔn)備材料開始，并且我們?cè)O(shè)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(chǎn)生的污染物會(huì)自動(dòng)輸出。因此，多晶硅晶片鑄造和切割過程是系統(tǒng)邊界最重要的組成部分。

2.3 數(shù)據(jù)清單

在具體的研究的基礎(chǔ)上，我們分析了整個(gè)生命周期資源的數(shù)據(jù)清單。之后，我們計(jì)算了多晶硅晶圓產(chǎn)生1WM太陽能所需的資源，能源和排放。我們假設(shè)二氧化碳和一氧化碳，在沒有包含在計(jì)算之內(nèi)，因?yàn)镃OD的廢水不能準(zhǔn)確測(cè)定。對(duì)于固體廢物的檢測(cè)，我們只需考慮生活垃圾——包括硅礦在內(nèi)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(gè)晶體硅太陽能電池組件中的沖擊達(dá)到生命周期評(píng)價(jià)的環(huán)境影響。影響是在各類環(huán)境之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過定量計(jì)算估測(cè)不同類型的環(huán)境。以目前的方法的效果看，最好的方法是層次分析權(quán)重法。

3 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，國(guó)內(nèi)先進(jìn)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(huán)境因素是水，蒸汽和水的循環(huán)和蒸汽。隨著實(shí)驗(yàn)的繼續(xù)，有產(chǎn)生能量，因此溫度也是一個(gè)重要的方面。多晶硅晶片企業(yè)節(jié)約能源的方法是使用清潔能源，改善循環(huán)水和錠過程的利用率，增加鑄錠時(shí)晶粒的尺寸，以及使用具有更小的環(huán)境污染物的排放的清潔材料。

通過生命周期的分析，我們發(fā)現(xiàn)主流技術(shù)的光伏組件在中國(guó)生產(chǎn)位居第二——為光伏電池板生產(chǎn)的主流技術(shù)的能量需求超過兩倍的技術(shù)。根據(jù)最好的技術(shù)，光伏電池板的主流技術(shù)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(shù)對(duì)環(huán)境的影響更加嚴(yán)峻。這不僅造成了巨大的環(huán)境污染，也造成了資源的極大浪費(fèi)。對(duì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展這是非常不利的。

最重要的環(huán)境方面的主要材料是光伏電池板的硅生產(chǎn)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(huán)境污染。四氯化硅會(huì)污染環(huán)境，但其產(chǎn)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(chǎn)過程中的主要污染是由大氣中的污染引起的。同時(shí)化石燃料發(fā)電量占中國(guó)的總發(fā)電量的77.7%，所需要的電能生產(chǎn)也將導(dǎo)致嚴(yán)重的大氣污染。所以光電面板生命周期中的環(huán)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(shí)使用。在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)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(huì)造成水體污染。泥會(huì)造成土壤污染。太陽能級(jí)多晶硅的生產(chǎn)將產(chǎn)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(dǎo)致材料的相當(dāng)大的損失。因此，太陽能級(jí)多晶硅的生產(chǎn)和鑄造/晶片化過程是最重要的階段性污染。

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