Ученые Томского политехнического университета и Севастопольского государственного университета разработали двухэтапный способ переработки отслуживших солнечных панелей. Как сообщает ТАСС со ссылкой на Минобрнауки РФ, метод позволяет получать карбид кремния — сырье для силовой электроники и огнеупорной керамики. Его доля в твердом продукте достигает 61%.
Фотоэлектрические модули эксплуатируются в течение 20–30 лет, после чего становятся многокомпонентными отходами. В их состав входят стекло, алюминий, кремний, медь, полимеры и другие элементы. Химические, термические и механические способы переработки требуют дорогих и токсичных реагентов, а получаемый продукт имеет низкое качество и не подходит для повторного использования.
Новый метод испытали на отслужившей поликристаллической солнечной панели. На первом этапе ее нагрели методом пиролиза до 500 градусов, что позволило отделить кремний от полимерной прослойки. В результате были удалены полимеры, затруднявшие дальнейшую переработку.
Затем содержащий кремний материал соединили с техническим углеродом. Смесь обработали безвакуумной электрической дугой при температуре 1 800 градусов и получили карбид кремния. Процесс образования этого соединения занял одну минуту.
После пиролиза ученые получили углеродный остаток массой 45,8% от исходной и собрали газообразные продукты. Концентрация метана в смеси достигла 5%, а угарного и углекислого газов — примерно 0,6%. Обработка также устранила силицид железа, а увеличение доли углерода в исходной смеси до 30% повысило выход карбида кремния с 46 до 61%, уменьшило содержание свободного кремния с 19,7 до 8,3% и почти полностью удалило диоксид кремния.
В работе участвовали специалисты лаборатории газификации твердых топлив, лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли Инженерной школы энергетики и отделения материаловедения Инженерной школы новых производственных технологий Томского политеха, а также Севастопольского госуниверситета. Исследование поддержало Министерство науки и высшего образования. Результаты опубликованы в журнале Silicon с квартилем Q2 и импакт-фактором 4,1.