Солнечные панели служат 20-30 лет, а потом превращаются в сложные отходы. Ученые Томского политеха и Севастопольского государственного университета предложили способ переработки таких панелей. Из отходов удается получить карбид кремния, сообщает пресс-служба томского вуза.
Солнечная энергетика считается экологически чистой. Однако сами фотоэлектрические модули со временем приходят в негодность. После окончания срока эксплуатации они становятся многокомпонентными отходами. В их составе есть стекло, алюминий, кремний, медь, полимеры и другие элементы.
Существующие методы переработки — химический, термический и механический — требуют дорогих и токсичных реагентов. Кроме того, они дают продукт низкого качества, который нельзя использовать повторно. Новая разработка решает эту проблему. Содержание карбида кремния в твердом продукте достигло 61%.
«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 объемных процентов, 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», — отмечает один из авторов исследования, ассистент отделения материаловедения ТПУ Жанар Болатова.
Карбид кремния — 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 метода ученые взяли отслужившую поликристаллическую солнечную панель. Сначала ее нагрели до 500°C методом пиролиза, чтобы отделить кремний от полимерной прослойки. Затем кремнийсодержащий материал смешали с техническим углеродом и обработали безвакуумной электрической дугой при температуре 1 800°C. Весь процесс получения ценного соединения занял одну минуту.
Исследователи также выяснили, как количество углерода влияет на образование карбида кремния. 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 нужную химическую реакцию.
