相較於對環境造成極大破壞的石化能源,太陽能是眾所皆知的綠色能源;但它高成本的緣由,造成推廣不易。

2008 年起,太陽能光電產業從歐洲、日本和美國,轉移至中國、馬來西亞、菲律賓和台灣等國家;現今,幾乎一半的光電產業都在中國生產製造,雖然整體業績不錯,但諷刺的是,生產無汙染的太陽能光電產業,竟是最沒有環保意識的國家。

雖然可以使用不同技術來產生太陽能,但絕大多數的太陽能電池以石英、矽 (二氧化矽),為最常見的形式;其中,石英必須經由礦工開採礦產取得,但它卻會引發肺部疾病,如矽肺病。

一開始,將石英提煉出冶金級矽,多被使用於硬化鋼和其他金屬上,過程中所排放的多為二氧化碳和二氧化硫,並不會造成工人們太大的傷害;但接著,提煉更高純度的多晶矽,此過程卻會產生毒性很強的四氯化矽。

多數製造商會回收這些廢物,為求生產更多的多晶矽,像從四氯化矽中提取「矽」,遠比從原料二氧化矽中提煉,還要省時、省錢,但設備卻可能要花費數千萬美元。

  • 2008 中國當時最大的太陽能電池製造商隨意傾倒廢料

華盛頓郵報記者發現,在當時 (光電產業的景氣比半導體產業還要好),很少有國家嚴格制定四氯化矽的處置和儲存,中國也不例外 (尤其當時許多新的提煉廠都建在中國)。

因而,他調查洛陽中矽高科技有限公司,位於中國河南省的多晶矽工廠,這家工廠是當時最大的太陽能電池製造商,它同時也是備受矚目的光電企業。最後調查報告於 2008 年 3 月發表。

記者發現,該公司的四氯化矽廢液不經處理,就隨意傾倒,使附近農田無法耕作,並造成居民健康極大影響;而且,他指出,不只有這一間公司這麼做!

華盛頓郵報發表此調查報告後,太陽能產業的股票瞬間下跌,投資者擔心,這些爆料會損害綠色能源發展、聲譽;畢竟,打著「環保」旗幟,正是吸引客戶的策略,如:為鼓勵民眾採用太陽能,在美國有再生能源扣抵稅額法案

因此,為保護產業名譽,太陽能板製造商們,開始打聽他們下游多晶矽供應商的環保措施,所以這種情況正在改善。

2011 年,中國制定標準,要求公司須要回收至少 98.5 百分比的四氯化矽廢液;事實上,這個標準很容易達成,只要工廠擁有適當設備,但是否真的有完全落實,仍有待觀察。

令人振奮的是,不久的將來這個問題有望被解決。美國再生能源實驗室,正想辦法使多晶矽和乙醇,代替含氯的化學物質,來避免產生四氯化矽。

  • 2011 晶科能源發生製造意外,上百條魚集體死亡

因此,不可能結束多晶矽的生產;太陽能電池的廠商,將多晶矽提純,然後鑄錠,其雜質引入矽晶片,產生光電效應,形成太陽能電池的基本結構。

然而,這些步驟都涉及危險化學物質,例如:製造商用氫氟酸清洗晶片,清除鋸開時的損傷,以及紋理的表面,為求能更好地吸收太陽能。事實上,氫氟酸是具高腐蝕性的液體,處理過程須要格外小心,且必須妥善處理。

2011 年 8 月,晶科能源控股有限公司 (全球最大光電企業之一),位於中國浙江省的工廠發生事故,造成上百條魚集體死亡,農田和飲用水皆遭受汙染。

中國政府發現,河川內的氫氟酸超過標準的 10 倍,原來是工廠隨意傾倒氫氟酸於附近河流,再流至下游;而當各大媒體爭相報導後,第二天的晶科股價迅速下跌 40%,損失約近 1 億美元。

為了不繼續造成環境威脅,陶氏化學企業的子公司羅門哈斯電子材料有限公司 (Rohm & Haas Electronic Materials) 的研究人員,已找到取代氫氟酸的候選人--氫氧化鈉(NaOH),雖然氫氧化鈉本身也是一種腐蝕性的化學物質,但它更容易處理和處置。

除了使用多晶矽,另外還有新型「薄膜太陽電池技術」,據估計薄膜市場於未來十年內,市場占有率將飛快增長,因為它和其他太陽能電池,具同等功效,但製作成本卻相對低廉 (使用較少能源和材料)。

薄膜太陽電池使用半導體材質,可以直接儲存於玻璃、金屬或塑膠上,不需拉晶或鑄錠,因而產生較少廢氣物,且能避免複雜的熔煉;也不會產生氫氟酸、無鹽酸,但是,這不代表你可以稱呼薄膜太陽電池,為綠色能源!

薄膜技術是運用碲化鎘和銅銦鎵硒(CIGS),半導體的第一層是碲化鎘、第二層則是硫化鎘;而主要半導體材料是銅銦鎵硒,但第二層通常是硫化鎘。因此,這些技術都含有重金屬鎘 (致癌物質),它會造成遺傳基因突變。

目前,兩家主要使用銅銦鎵硒的製造商--Avancis 和 Solar Frontier 皆採用硫化鋅,取代硫化鎘。而布里斯托大學、巴斯大學、加州柏克萊分校,還有政府各實驗室等,正試圖研究如何除去薄膜太陽電池中的鎘或其他有毒元素,減少鎘在太陽能電池的使用量。

然而,毒性不是唯一的問題,製造太陽能電池會產生溫室氣體,所幸這些電池產生的電力,能回饋原有投資 (能量回收期)。

但這很大程度取決於哪裡擁有豐富的煤 (碳密集),而中國的電力,就是一個很好的例子,它也正符合 Argonne 國家實驗室和西北大學於 6 月公布的一份報告;他們發現,在中國製造的太陽能板,其碳排放比歐洲製造多了一倍左右

如果中國製的太陽能板,被安裝在中國,其產生的電力,抵消製造過程所排放的溫室氣體,需要相同的能量回收期。

中國主要負責製造,美國或歐洲則負責安裝,因此它會需要兩倍的時間來彌補溫室氣體的排放!

當然,如果你製造低碳電力 (如:在一個以太陽能為動力的工廠) 的太陽能板,並裝在高碳排放量的國家,溫室氣體的回收期,會比能量回收期低;或許未來有一天,太陽能、風力、地熱的能源生產,將不需煩惱碳排放量。

另外,水則是另一個問題。它被大量用於各種目的,包括冷卻、化學處理、控制空氣汙染等,其中最浪費的是,再安裝和使用過程中的清洗。

在投資者和消費者間做出選擇,將影響光電製造商的作法。太陽能產業不具正式的環保標籤 (像家電和電子產品的能源之星 (Energy Star) 標籤,可以幫助我們辨別哪些是高效節能產品),多數的人不會外出購買太陽能電池,他們會僱用第三方來安裝,因此,即使有一個環保標籤,這也取決安裝人員的意願,他們是否想選擇環保型產品。

現在,消費者可以透過廠商詢問家中所安裝的產品,如此將提高廠家安全和環保紀錄;也將促使安裝人員要求製造商提供更多資訊。

太陽能產業協會和美國國家貿易組織,提出新的準則--「Solar Industry Environment & Social Responsibility Commitment」,為防止職業傷害和疾病、減少生產過程所使用的自然資源,以及防止汙染等,該準則呼籲企業要求供應廠商提供,生產過程的任何化學物質和溫室氣體排放報告。

此外,矽谷毒物聯盟 (Silicon Valley Toxics Coalition) 將中國、德國、馬來西亞、菲律賓和美國的光電企業,根據其環保績效做排名;而中國的天合光能 (Trina) 和英利 (Yingli),一直穩居世界前三大最環保的光電企業。

許多人認為,光伏 (PV) 是我們能源困境的靈丹妙藥,但卻不知背後製造過程所帶來的汙染和破壞。我們不應該對這種技術的黑暗面視而不見,我們需要慎重考慮,並堅持;或許有一天光電產業不在只是象徵性的綠色環保,而是實打實的綠色能源!

(資料來源:IEEE Spectrum/圖片來源:PNNL – Pacific Northwest National Laboratory,CC Licensed )