Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) и Севастопольского государственного университета (СевГУ) предложили способ переработки отслуживших солнечных панелей. Из отходов они получают карбид кремния — материал для силовой электроники и огнеупорной керамики. Содержание карбида кремния в готовом продукте достигло 61%.
Солнечная энергетика считается чистой, но сами панели служат всего 20–30 лет. После этого они превращаются в сложные отходы: стекло, алюминий, кремний, медь, полимеры. Существующие методы переработки требуют дорогих и токсичных реагентов и дают продукт низкого качества, который нельзя использовать повторно.
Ученые предложили двухстадийный метод. Сначала панель нагревают до 500 °C — этот процесс называется пиролиз. Он отделяет кремний от полимерной прослойки. Заодно удаляются мешающие полимеры, остается твердый углеродный остаток и собираются газообразные продукты. Средний выход углеродного остатка составил 45,8% от массы материала.
Пиролиз помог решить одновременно несколько задач: удалить мешающие дальнейшей переработке полимеры, получить твердый углеродный остаток и собрать газообразные продукты. После такой обработки в конечном продукте исчезала фаза силицида железа. Это снижало количество нежелательных примесей и повышало долю целевого карбида кремния.
Затем кремнийсодержащий материал смешали с техническим углеродом и обработали безвакуумной электрической дугой при температуре 1800 °C. Весь процесс получения карбида кремния занял одну минуту.
Ученые также выяснили, как количество углерода влияет на результат. При увеличении его содержания в смеси от нуля до 30% доля карбида кремния выросла с 46 до 61%. Содержание свободного кремния снизилось с 19,7 до 8,3%, а доля диоксида кремния — с 3% до следовых количеств. Дополнительный углерод помог вовлечь больше кремния в нужную реакцию. Работа опубликована в журнале Silicon.
Ранее Наука Mail писала о переработке выбросов заводов в водород и метанол.