Πράσινο πυρίτιο: Εξασφάλιση κρίσιμων πρώτων υλών για τις δυτικές αγορές

Πράσινο πυρίτιο: Εξασφάλιση κρίσιμων πρώτων υλών για τις δυτικές αγορές

Η GREEN14, μια νεοφυής επιχείρηση με έδρα τη Σουηδία που ιδρύθηκε το 2021, είναι έτοιμη να εκσυγχρονίσει την παραγωγή πυριτίου για χρήση σε ημιαγωγούς, ηλεκτρόδια μπαταριών και φωτοβολταϊκά συστήματα στην ΕΕ και τις ΗΠΑ. Η εταιρεία στοχεύει να αναβαθμίσει την παραγωγική διαδικασία και να μειώσει τις σχετικές εκπομπές άνθρακα έως και 95%.

Disclaimer: Απαγορεύεται η αναδημοσίευση, αναπαραγωγή, ολική, μερική ή περιληπτική ή κατά παράφραση ή διασκευή ή απόδοση του περιεχομένου του παρόντος διαδικτυακού τόπου με οποιονδήποτε τρόπο, χωρίς αναφορά στο RAWMATHUB.GR (με ενεργό link) ή χωρίς την προηγούμενη γραπτή άδεια του RAWMATHUB.GR. 

Επί του παρόντος, περίπου το 90% της παραγωγής πυριτίου συγκεντρώνεται στην Κίνα, αλλά η καινοτόμος προσέγγιση της GREEN14 επιδιώκει να αλλάξει αυτή τη δυναμική, τοποθετώντας την Ευρώπη ως βασικό παράγοντα στον τομέα.

Η εστίαση της GREEN14

Η εστίαση της εταιρείας δεν είναι μόνο στο να φέρει την παραγωγή στην Ευρώπη, αλλά στην ουσιαστική αλλαγή της ίδιας της παραγωγικής διαδικασίας. Παραδοσιακά, η παραγωγή καθαρού πυριτίου από διοξείδιο του πυριτίου περιλαμβάνει μια διαδικασία έντασης άνθρακα, με χρήση καμίνων ηλεκτρικού τόξου σε υψηλές θερμοκρασίες, ακολουθούμενη από τη διαδικασία Siemens, στην οποία λαμβάνει χώρα ο καθαρισμός του προϊόντος.

Αυτές οι μέθοδοι είναι ενεργοβόρες και απελευθερώνουν επίσης σημαντικές ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα μέσω άμεσων και έμμεσων εκπομπών, με παρόμοιο τρόπο όπως η μέθοδος παραγωγής χάλυβα σε υψικαμίνους, για την οποία επίσης αναζητείται λύση. Η GREEN14 στοχεύει να αναθεωρήσει πλήρως την παραγωγή πυριτίου, καθιστώντας την πιο πράσινη και φθηνότερη σε σχέση με τον ανταγωνισμό, με το πρόσθετο πλεονέκτημα μιας διαφανούς εφοδιαστικής αλυσίδας.

Η τεχνολογία της εταιρείας μειώνει δραστικά το λειτουργικό κόστος έως και 50% και τον ενσωματωμένο άνθρακα έως και 95% στη διαδικασία παραγωγής πυριτίου. Έως και το 80% των ενσωματωμένων εκπομπών προέρχονται από τη χρησιμοποιούμενη στην κύρια διαδικασία ηλεκτρική ενέργεια, επομένως, η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας στην αλυσίδα αξίας θα μειώσει τις εκπομπές και το κόστος παραγωγής.

Επιπλέον, η μεταφορά της παραγωγής σε αγορές με μεγάλα μερίδια ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές επιτρέπει τη σημαντική μείωση των εκπομπών άνθρακα. Αυτή η προσέγγιση καθιστά την εταιρεία ανταγωνιστική στις αγορές της Ευρώπης, των ΗΠΑ και άλλων αγορών, υπερτερώντας των παραδοσιακών μεθόδων, τόσο σε κόστος όσο και σε βιωσιμότητα.

Οι πατέντες της GREEN14 έχουν εφαρμογή επίσης και σε άλλες 16 από τις πρώτες ύλες υλικά που περιλαμβάνονται στο νόμο της ΕΕ για τις κρίσιμες πρώτες ύλες, συμπεριλαμβανομένων του χαλκού, του κοβαλτίου και του τιτανίου. Η εταιρεία στοχεύει να παράγει πυρίτιο και σιλάνιο (silane, αέριο πυριτίου) για τις αγορές φωτοβολταϊκών, ημιαγωγών και μπαταριών, ενώ το επιχειρηματικό της μοντέλο είναι να χορηγήσει άδεια χρήσης για την τεχνολογία αναγωγής-καθαρισμού με τη χρήση πλάσματος (Plasma Reduction Refinement, PRR), όσον αφορά στην επεξεργασία μετάλλων υψηλής καθαρότητας.

Ο χαλκός είναι μια μεγάλη αγορά στην οποία η εταιρεία θα μπορούσε να προχωρήσει σε αδειοδότηση της τεχνολογίας της. Για παράδειγμα, ο καθαρισμός μέσω αναγωγής παρουσία πλάσματος υδρογόνου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εξαχθεί εξαιρετικά καθαρός χαλκός από ένα μείγμα οξειδίου του χαλκού και ανακυκλωμένου χαλκού.

Αφιέρωμα - Κρίσιμες Ορυκτές Πρώτες Ύλες ένα στοίχημα για την Ευρώπη

Τα δυνατά σημεία της GREEN14

Βασικό συστατικό της στρατηγικής της GREEN14 είναι η χρήση της τεχνητής νοημοσύνης για την επιτάχυνση της έρευνας και της ανάπτυξης. Η εταιρεία εφαρμόζει reduced-order modelling, όπου νευρωνικά δίκτυα AI χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία υπολογιστικών μοντέλων, με σκοπό τη σημαντική επιτάχυνση της διαδικασίας ανάπτυξης. Αυτή η προσέγγιση που βασίζεται στην τεχνητή νοημοσύνη, επιτρέπει στην εταιρεία να επαναλαμβάνει και να βελτιώνει γρήγορα την τεχνολογία της, μειώνοντας τόσο το χρόνο όσο και το κόστος που συνήθως συνδέονται με την Ε&Α στη βιομηχανία παραγωγής πυριτίου.

Η πρώτη ύλη για τη μέθοδο της GREEN14 είναι ο χαλαζίας, ο οποίος είναι ευρέως διαθέσιμος. Ο χαλαζίας υπόκειται σε επεξεργασία με υδρογόνο σε μορφή πλάσματος. Οι εκπομπές της μεθόδου της GREEN14 ελαχιστοποιούνται μέσω της χρήσης πράσινου υδρογόνου, δηλαδή υδρογόνου που παράγεται με ηλεκτρική ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές, αλλά οι εκπομπές της μεθόδου δεν συνδέονται με τη χρήση υδρογόνου χαμηλών εκπομπών.

Το υδρογόνο χρησιμοποιείται σε σχετικά χαμηλές ποσότητες στη διαδικασία, λιγότερο από 10% κατά βάρος ανά κιλό πυριτίου. Με σκοπό τη βελτιστοποίηση, η παραγωγική διαδικασία της GREEN14 πρέπει να έχει πρόσβαση σε ηλεκτρική ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές. Βάσει αυτού του κριτηρίου, διάφορες τοποθεσίες στην ΕΕ, τις ΗΠΑ, την Ινδία και την Αυστραλία εξετάζονται για το πρώτο εργοστάσιο της GREEN14.

Η πιλοτική εγκατάσταση της εταιρείας, υπό κατασκευή με τη συνεργασία του KTH Royal Institute of Technology στη Στοκχόλμη, αναμένεται να παράγει αρχικά έως και πέντε κιλά πυριτίου την ώρα, με σχέδια για μια μεγαλύτερη μονάδα επίδειξης, ικανή να παράγει έως και 100 κιλά την ώρα. Αυτή η κλιμάκωση δεν είναι απλώς μια απόδειξη της βιωσιμότητας της τεχνολογίας, αλλά ένα ενδιάμεσο στάδιο προς το στόχο για μεγαλύτερη παραγωγή πρώτων υλών στην ΕΕ, σύμφωνα με το νόμο περί κρίσιμων πρώτων υλών.

Το πυρίτιο ταξινομείται ως κρίσιμη πρώτη ύλη στο νέο νόμο, καθώς είναι βασικός παράγοντας στους ημιαγωγούς για υπολογιστές και στον εξοπλισμό για ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων των φωτοβολταϊκών, των μπαταριών και των ανεμογεννητριών.

Η τεχνολογική ανάπτυξη της GREEN14, ωστόσο, αντιμετωπίζει διάφορες προκλήσεις. Η κλιμάκωση της μεταλλουργίας πλάσματος σε βιομηχανικά επίπεδα, ιδιαίτερα όπου απαιτείται εξοπλισμός κλίμακας μεγαβάτ, αντιμετωπίζει σημαντικούς περιορισμούς λόγω του περιορισμένου αριθμού προμηθευτών που είναι σε θέση να παράγουν τέτοιο εξοπλισμό πλάσματος υψηλής ισχύος. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε μεγαλύτερους χρόνους παράδοσης για την προμήθεια εξοπλισμού και δυνητικά υψηλότερο κόστος λόγω της έλλειψης ανταγωνιστικής τιμολόγησης.

Η εξάρτηση από λίγους προμηθευτές εγκυμονεί επίσης κινδύνους που σχετίζονται με διακοπές της εφοδιαστικής αλυσίδας. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, η GREEN14 συνεργάζεται στενά με αρκετούς προμηθευτές εξοπλισμού πλάσματος και επενδύει στην ανάπτυξη εναλλακτικών τεχνολογιών παραγωγής πλάσματος. Επιπλέον, οι επιστημονικοί περιορισμοί γύρω από τη μοντελοποίηση των μεταλλουργικών διεργασιών που χρησιμοποιούν πλάσμα, αποτελούν έναν κρίσιμο τομέα της συνεχιζόμενης έρευνας.

Η συμπεριφορά του πλάσματος είναι απίστευτα πολύπλοκη και δυναμική, καθιστώντας την ακριβή μοντελοποίηση δύσκολη εργασία. Η GREEN14 δίνει προτεραιότητα στις εσωτερικές της προσομοιώσεις για τη βελτιστοποίηση των διαδικασιών που εκκρεμούν για διάφορα διπλώματα ευρεσιτεχνίας και εργάζεται για την ενσωμάτωση αυτής της προόδου στον οδικό χάρτη ανάπτυξης της τεχνητής νοημοσύνης.

Αξίζει να αναφερθεί ότι η τεχνολογία της GREEN14 περιλαμβάνει επίσης την ανακύκλωση πυριτίου. Τα ηλιακά panel, τα οποία υποβαθμίζονται με την πάροδο του χρόνου, μπορούν να επανενσωματωθούν στη διαδικασία παραγωγής πυριτίου της εταιρείας. Αυτή η κυκλική προσέγγιση, όχι μόνο μειώνει τα απόβλητα, αλλά και μεγιστοποιεί τη χρησιμότητα των υπαρχόντων πρώτων υλών. Τα απόβλητα από την παραγωγή γκοφρέτας (wafer) πυριτίου, γνωστά ως kerf, είναι επίσης κατάλληλα για να ενσωματωθούν στη διαδικασία. Η ανακύκλωση ηλιακών panel και kerf έχουν παρουσιάσει διάφορες προκλήσεις μέχρι σήμερα όσον αφορά την ενσωμάτωση τους στην αλυσίδα αξίας του πυριτίου.

Αναβάθμιση της τεχνολογίας παραγωγής πυριτίου

Στον τομέα της τεχνολογίας μπαταριών, το σιλάνιο της GREEN14 - ένα υποπροϊόν της διαδικασίας παραγωγής πυριτίου - αντιμετωπίζει σημαντικούς περιορισμούς εφοδιασμού. Το σιλάνιο, ένα αέριο που αποτελείται από ένα άτομο πυριτίου και τέσσερα άτομα υδρογόνου, είναι ένα προτιμώμενο υλικό για τους κατασκευαστές ανόδου μπαταριών με βάση το πυρίτιο.

Εταιρείες με βάση τις ΗΠΑ, όπως η Sila Nanotechnologies Inc. και η Group14 Technologies Inc., και αντίστοιχες ευρωπαϊκές, όπως η Leyden Jar, απαιτούν αυξανόμενες ποσότητες σιλανίου για τα ηλεκτρόδια μπαταριών επόμενης γενιάς τα οποία παράγουν. Αυτή η μετατόπιση από τις παραδοσιακές ανόδους γραφίτη στις ανόδους πυριτίου-γραφίτη, αναμένεται να βελτιώσει την απόδοση και την ικανότητα αποθήκευσης των μπαταριών κατά 30%, ικανοποιώντας τις απαιτήσεις της αυτοκινητοβιομηχανίας για την ταχύτερη φόρτιση ηλεκτρικών οχημάτων.

Η εγκατάσταση τέτοιων μονάδων σιλανίου διευκολύνει αυτές τις ανόδους επόμενης γενιάς, καθώς επί του παρόντος υπάρχει σημαντική ανεπάρκεια σιλανίου για τέτοιες τεχνολογίες. Η τάση των πελατών να υιοθετήσουν το πράσινο πυρίτιο ποικίλλει σημαντικά μεταξύ των βιομηχανιών, κυρίως λόγω της αναλογίας της ενσωματωμένης ενέργειας ή των εκπομπών που συνεισφέρει το πυρίτιο στο τελικό προϊόν. Στη βιομηχανία ηλιακών panel, όπου το πυρίτιο καταναλώνει έως και το 50% της ενέργειας που απαιτείται για την παραγωγή του προϊόντος, ο αντίκτυπος της μετάβασης στο πράσινο πυρίτιο αναμένεται να είναι πολύ πιο σημαντικός.

Αυτή η σημαντική συμβολή σημαίνει ότι η χρήση πράσινου πυριτίου μπορεί να μειώσει εντυπωσιακά το συνολικό αποτύπωμα άνθρακα της παραγωγής ηλιακών panel. Οι πελάτες σε αυτόν τον κλάδο, οι οποίοι συνήθως δίνουν μεγάλη έμφαση στην περιβαλλοντική προστασία και επενδύουν σε βιώσιμες λύσεις, είναι πιθανό να θεωρήσουν τη μετάβαση στο πράσινο πυρίτιο ως ένα κρίσιμο βήμα προς την επίτευξη των περιβαλλοντικών τους στόχων. Επιπλέον, η εγγενής εστίαση της βιομηχανίας ηλιακών panel στη βιωσιμότητα, ευθυγραμμίζεται ικανοποιητικά με την υιοθέτηση του πράσινου πυριτίου, καθιστώντας το ελκυστική επιλογή τόσο για τους κατασκευαστές, όσο και για τους τελικούς χρήστες.

Αντίθετα, το σενάριο στον κλάδο των υπολογιστών παρουσιάζει μια διαφορετική δυναμική. Το πυρίτιο αντιπροσωπεύει μόνο το 8% περίπου των ενσωματωμένων εκπομπών άνθρακα σε υπολογιστικές συσκευές, καθιστώντας το λιγότερο επιδραστικό παράγοντα στις συνολικές εκπομπές άνθρακα της βιομηχανίας. Κατά συνέπεια, το κίνητρο για τους πελάτες να στραφούν στο πράσινο πυρίτιο στον κλάδο των υπολογιστών μπορεί να είναι λιγότερο επιτακτικό.

Ωστόσο, η ασφάλεια της εφοδιαστικής αλυσίδας θα πρέπει να επηρεάσει περισσότερο τον κλάδο των υπολογιστών, δεδομένης της κρίσιμης φύσης των συσκευών ημιαγωγών. Σε αυτόν τον τομέα, η εστίαση τείνει να εντοπίζεται περισσότερο στην απόδοση και τη σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας, παρά στον περιβαλλοντικό αντίκτυπο των εξαρτημάτων, ενώ οι διαφανείς και ασφαλείς εφοδιαστικές αλυσίδες γίνονται πιο αναγκαίες.

Το μέλλον για την GREEN14 δείχνει ιδιαίτερα υποσχόμενο καθώς ευθυγραμμίζεται με την παγκόσμια στροφή προς πιο βιώσιμες και αποτελεσματικές διαδικασίες παραγωγής. Η καινοτόμος προσέγγιση της εταιρείας για παραγωγή στην αγορά πυριτίου με ταυτόχρονη αδειοδότηση για άλλες αγορές, σε συνδυασμό με τη στρατηγική χρήση της τεχνητής νοημοσύνης στην Ε&Α, την τοποθετεί όχι μόνο ως πρωτοπόρο στην πράσινη τεχνολογία, αλλά και ως βασικό παράγοντα στην παγκόσμια προσπάθεια μείωσης των εκπομπών άνθρακα στη βιομηχανική παραγωγή.

Με την πιλοτική της μονάδα να τίθεται σε λειτουργία και έχοντας σχέδια για επέκταση σε εξέλιξη, η GREEN14 βρίσκεται στο κατώφλι μίας σημαντικής αλλαγής παραδείγματος στον τρόπο παραγωγής του πυριτίου, θέτοντας νέα πρότυπα τόσο στην περιβαλλοντική βιωσιμότητα όσο και στην οικονομική αποδοτικότητα.

Με πληροφορίες από innovationnewsnetwork.com

ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ - ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: ΣΥΝΤΑΚΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ RAWMATHUB.GR
rawmathub.gr linkedin newsletter subscription
foolwo rawmathub.gr on Google News
Image

Έγκυρη ενημέρωση για την αξιακή αλυσίδα των raw materials

NEWSLETTER