Pierwiastki krytyczne: szansa dla energii odnawialnej

10 pierwiastki krytyczne

10aAkademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie wraz z firmami KGHM Polska Miedź, ZGH Bolesław oraz Tauron Polska Energia stworzą spółkę „Pierwiastki i Surowce Krytyczne”. Celem spółki jest ułatwienie współpracy pomiędzy udziałowcami w zakresie badań nad optymalnymi technologiami wytwarzania paneli solarnych.

Na pytanie czym są surowce krytyczne z trudem, ale udałoby nam się odpowiedzieć, gorzej jeśli zapytać o pierwiastki krytyczne.

Nazwa pierwiastki krytyczne pojawiła się prawie równocześnie w kilku miejscach. 30 października 2009 opublikowany został raport Bayrona Kinga p.t. „Rare Earth and Other Critical Technology Metals”. W październiku z tego samego roku ukazała się raport nazywany „Deklaracją Lulealską”, pod którą podpisało się sześć europejskich uniwersytetów, sześć instytucji typu Geological Survey, 13 innych organizacji oraz 10 jednostek przemysłowych w tym KGHM z Polski. W styczniu 2010 roku ogłoszony zostaje również raport grupy roboczej „Raw Materials Supply Group” europejskiej komisji „Enterprice and Industry”. Jednym z powodów, który zmobilizował komisje europejskie do działania było ograniczenie eksportu Ziem Rzadkich przez głównego ich producenta – Chiny. Komisja europejska przygotowała listę pierwiastków krytycznych, czyli takich od których zależy rozwój nowych technologii przemysłowych. Na tej liście obok pierwiastków znalazły się też takie surowce mineralne jak baryt, diatomit, talk i inne. Kilka pozycji z list europejskiej występuje w granicach RP.

Spółka „Pierwiastki i Surowce Krytyczne”, według jej twórców powinna stać się jednostką łączącą działania AGH z przemysłem i instytucjami europejskimi. Celem powołanej spółki jest koordynacja działalności AGH i przemysłu w zakresie zagadnień związanych ze złożami pierwiastków krytycznych, wydobycia kopalin, technologiami wzbogacania, otrzymywania i wytwarzania nowych materiałów. Nadrzędnymi zadaniami będzie prezentowanie w kraju i za granicą, osiągnięć badawczych AGH w zakresie pierwiastków krytycznych, analiza opracowań dotyczących gospodarki surowcami krytycznymi, analiza potencjalnych źródeł metali krytycznych, w tym recyklingu, opracowywanie projektów rozwiązań teoretycznych i praktycznych w zakresie oceny geologicznej, technologii wzbogacania i otrzymywania pierwiastków krytycznych i nowych materiałów. Niektóre pierwiastki z listy europejskiej są obecnie eksploatowane w Polsce, zaś inne były kiedyś odzyskiwane w procesach rafinacji metali. Należą do nich przede wszystkim metale takie jak ołów, cynk, kadm, nikiel, kobalt, żelazo, molibden, wanad, rtęć, cyna, uran, tor, ren; pierwiastki niemetaliczne, jak siarka, selen, bar, fluor oraz grupa pierwiastków o własnościach pośrednich: arsen, antymon i bizmut. Wymienione pierwiastki i surowce krytyczne są przedmiotem produkcji bądź poszukiwań KGHM Polska Miedź.

– Widzimy potrzebę pogłębiania wiedzy w zakresie rozpoznania eksploatowanych złóż rud miedzi, jednak nie dysponujemy obecnie narzędziami do samodzielnego dokonywania badań w tym zakresie. Posiada je właśnie zespół pracowników AGH, który od wielu lat świadczy usługi w tym zakresie dla KGHM – wyjaśnia Herbert Wirth, prezes KGHM.

– Współpraca w ramach Laboratorium Pierwiastków Krytycznych AGH-KGHM w przyszłości przyczyni się do lepszego rozpoznania i wykorzystania obecnych i przyszłych zasobów KGHM – dodaje prof. Antoni Tajduś, Rektor AGH.

10bIntencją wspólnego projektu jest również inwentaryzacja krajowych zasobów pierwiastków krytycznych, stanowiących kluczowy element instalacji fotowoltaicznych, opracowanie i wybór technologii ich pozyskiwania oraz stworzenie studium wykonalności wytwarzania innowacyjnych paneli solarnych. Takie przedsięwzięcie pozwoli udziałowcom uzyskać dodatkowe kompetencje w dziedzinie nowych technologii wytwarzających energię ze źródeł odnawialnych. Umożliwi też uzyskanie wiedzy na temat surowców niezbędnych do produkcji paneli solarnych. Wykorzystanie paneli fotowoltaicznych do produkcji energii umożliwi również rozwój segmentu rozproszonych źródeł wytwórczych o mniejszej mocy.

Panele fotowoltaiczne uznawane są za nowoczesny i ekologiczny sposób pozyskiwania energii elektrycznej z promieniowania słonecznego. Zalety fotowoltaiki to przede wszystkim całkowity brak emisji zanieczyszczeń oraz możliwość znaczącego zmniejszenia wydatków na prąd.

To jest dość oczywiste, mniej oczywiste jest jakich technologii i materiałów użyć, by produkować panele tanie i wydajne, gdyż jest to sprzeczność sama w sobie.

A jest to poważny problem. Dosłownie na dniach, Solon, jeden z największych niemieckich producentów paneli słonecznych, ogłosił niewypłacalność. Inne firmy z sektora mają również spore kłopoty. Powód – tanie panele słoneczne z Chin. By sprostać chińskiej konkurencji trzeba produkować tanio, bo nawet Unia Europejska, która dotuje produkcję ogniw fotowoltaicznych stawia warunek: musi być tanio i wydajnie (koszt produkcji 1 watt/piku poniżej 1 euro,  i wydajność ogniwa baterii słonecznej na poziomie kilkunastu procent).

Najpopularniejszym materiałem używanym dziś do produkcji ogniw jest krzem. Ogniwa PV wytwarzane są z krzemu monokrystalicznego, polikrystalicznego lub amorficznego.

Monokrystaliczne ogniwa fotowoltaiczne wykazują najwyższe sprawności konwersji ze wszystkich ogniw krzemowych, ale jednocześnie ich produkcja jest najdroższa. W warunkach laboratoryjnych pojedyncze ogniwa osiągają sprawności rzędu 24%. Ogniwa produkowane na skalę masową mają sprawności około 17%.

Polikrystaliczne ogniwa krzemowe są nieco mniej wydajne od monokrystalicznych, ale jednocześnie tańsze.

Najnowsza generacja ogniw fotowoltaicznych to ogniwa cienkowarstwowe z krzemu amorficznego. Ogniwa z krzemu amorficznego wykonywane są w komorach próżniowych, gdzie w wyniku rozkładu gazów w wyładowaniu jarzeniowym następuje osadzanie cienkiej warstwy krzemu amorficznego na podłożu, którym może być szkło, ceramika lub folia plastikowa. Choć ogniwa cienkowarstwowe są mniej sprawne od najlepszych ogniw z krzemu krystalicznego, są jednak znacznie tańsze.

Żywotność paneli fotowoltaicznych zależy od rodzaju zastosowanej technologii. Wśród dostępnych na rynku najbardziej trwałe są ogniwa z krzemu monokrystalicznego, których czas pracy określono na 25 lat. Najmniej trwałe są ogniwa wykonane z krzemu amorficznego – ich trwałość określa się na 8 do 10 lat. Rzeczywista wydajność urządzeń uzależniona jest w znacznym stopniu od szerokości geograficznej i kąta padania promieni słonecznych.

Naukowcy z AGH, a ściślej Katedry Elektroniki od dłuższego czasu opracowują technologie cienkowarstwowych ogniw słonecznych na bazie miedzi, ingu, galu, siarki, selenu (w zależności od rodzaju absorbera zwane ogniwami nowej generacji CIG oraz CIS), stanowiące alternatywne rozwiązanie w fotowoltaice, gdyż mogą być dużo tańsze w produkcji od obecnie produkowanych ogniw, a jednocześnie mogą być równie efektywne.

Rozwój ogniw nowej generacji jest wprost zależny od dostępu do wymienionych pierwiastków krytycznych, a te jak sama nazwa wskazuje nie są powszechne, to zaś przekłada się na koszt ich pozyskania.

Prof. Tomasz Stapiński z AGH jest zdania, że szansą na produkcję w naszym kraju tanich i efektywnych ogniw nowej generacji jest symbioza polskiej nauki i polskiego przemysłu. W tym przypadku górnicza firma KGHM może odgrywać kluczową rolę. Kluczową dla rozwoju energetyki rozproszonej.

Ogniwo fotowoltaiczne  (możemy też spotkać się z określeniem ogniwo słoneczne, fotoogniwo czy baterie słoneczne) – to urządzenie, którego sposób działania polega na bezpośredniej konwersji energii promieniowania słonecznego. Co to oznacza? Oznacza to, że dzięki takiemu urządzeniu przekształcamy promieniowanie słoneczne bezpośrednio w elektryczność. W jaki sposób jest to możliwe? Dzięki wykorzystaniu złącza półprzewodnikowego, które zwykło się oznaczać p-n, w którym elektrony przemieszczają się do obszaru n, a dziury, które są w tym przypadku nośnikami ładunku przemieszczają się do obszaru p. Wszystko możliwe jest dzięki przepływowi fotonów o energii większej niż szerokość przerwy energetycznej. W ten sposób powstaje napięcie elektryczne, które jest wynikiem różnicy potencjałów. Warto podkreślić, że wszystko to odbywa się bez ubocznej produkcji zanieczyszczeń, hałasu i innych czynników wywołujących niekorzystne zmiany środowiska.

 

admin

Komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *