太阳能光伏四氯化硅的环境风险分析

太阳能光伏四氯化硅的环境风险分析

正如人们对苏丹红和三聚氰胺的理解一样，非化学界的人并不熟悉结晶。然而近年来相关媒体的报道却渐渐将这一化学名词拉进了我们的视野。2008年3月9日,美国《华盛顿邮报》一篇题为“太阳能公司把垃圾留给了中国”的文章格外引人注目,该文揭示了在中国的多晶硅生产企业肆意倾倒废弃物四氯化硅,致使大面积农作物损毁的现象。此后,国内媒体开始不断报道多晶硅产业发展中的环境问题。联合国环境规划署驻华代表张世钢也明确表示:多晶硅和之前其他一些工业项目一样,都面临一个污染转移的问题,可见我国多晶硅生产中环境问题之严重。国内单晶硅产业生产情况多晶硅(polysilicon)是一种优良的半导体材料,也是太阳能电池最主要的原料。我国从20世纪70年代开始建设了约10家多晶硅小厂,后来这些小厂多数因技术、能耗、质量等方面的问题相继关闭,仅有洛阳单晶硅厂和峨嵋半导体厂保留下来。同时,受相关产业发展滞后的影响,国内多晶硅年产量一直未超过100吨。自2005年始,在强烈的市场需求拉动下,多晶硅市场价格持续走高,从2005年的66美元/公斤一路暴涨到2008年初的450美元/公斤。在高额的行业利润的刺激下,国内多晶硅项目也在2007年前后集中上马,产能呈几何级数增长。这些项目规划时间集中在2007和2008年,量产时间集中在2010和2011年,设计产能合计将达到153900吨(不完全统计)。氯化硅sicl4我国多晶硅产业超常规发展的同时,潜伏着巨大的环境危机。多晶硅生产是一个化学提纯过程,其间会产生大量的四氯化硅、氯化氢、氯气等废液和废气。四氯化硅(SiliconTetrachloride,SiCl4)是多晶硅生产的主要副产物,是一种腐蚀性极强、难以保存的有毒液体,具有急毒性,遇潮湿空气即分解成硅酸和剧毒气体氯化氢。四氯化硅的浓度即使很低也会使人出现咳嗽、胸闷、头晕等症状,高浓度的四氯化硅会引起角膜混浊、皮肤组织坏死,引发呼吸道炎症甚至肺水肿。由于四氯化硅不能自然降解,如果将四氯化硅倾倒或掩埋,水体将会受到严重污染,土地会变成不毛之地。氯化硅回收利用技术瓶颈使四氯化硅成为多晶硅产业的老大难问题。四氯化硅的传统处理方法是将其提纯,再同无水乙醇(或甲醇)进行酯化反应,在常温常压下制备硅酸乙酯。但硅酸乙酯存在分离困难等技术难题。其次,可以用SiCl4法直接用四氯化硅制备多晶硅,而遗憾是的该方法在世界范围内还未取得成功。当前国际上回收或处理四氯化硅主要有两条途径。一是在高温高压下利用氢气将四氯化硅还原为多晶硅的主要原料三氯氢硅(SiHCl3)。由于国内技术上的原因,该法的单程转化率较低,氢化成本比直接合成三氯氢硅的成本还要高。二是利用四氯化硅生产高附加值的气相法白炭黑,形成一个循环经济产业链,德国瓦克、日本德山等大厂就是采用该法。但是,这些厂家长期实行技术封锁,国内多晶硅企业无法购买该项技术,导致自行回收的四氯化硅纯度不高,不能满足气相白炭黑的生产。前些年国内多晶硅产量不大,四氯化硅的环境污染问题不明显,处理四氯化硅的技术瓶颈还不为人所注意;随着多晶硅产业的超常规发展,四氯化硅带来的环境危机与日俱增,那么四氯化硅的技术瓶颈问题将会变得十分突出。生产企业的环境责任意识减弱其实,除了技术瓶颈外,多晶硅企业和地方政府缺乏环境责任是造成该问题的另一主要原因。氢化车间可以降低四氯化硅的一部分毒性,但据专家测算,增加了氢化车间的多晶硅企业,其生产成本将提高30%左右。为了保持在市场上产品的价格竞争优势,国内大多数的多晶硅企业没有增加氢化车间对四氯化硅进行无害化处理,而一般采取以下两种方式处理:一是在厂区建立专门的储罐片区存放四氯化硅;二是干脆深埋、乱倒,或者贴钱将四氯化硅“外包”给不法人员,任其处理。对于前一种处理方式而言,从多晶硅和四氯化硅的产出比来看,国内生产企业一般在1︰10以上,控制水平差的甚至达到了1︰20(国际先进大厂的产出比为1︰7或1︰8),按目前国内1︰10的产出比,2010—2011年就算只有50%的计划产能达产,也会有近80万吨的四氯化硅产出,这意味着多晶硅生产企业必须具备足够的场地和容器才能储藏日益增长的四氯化硅。从目前情况看,部分企业在缺乏这些条件和有效监管的情况下,就会将难以储存的四氯化硅就地深埋。较之于容器储存,这是一种低成本储存方式。但由于四氯化硅的强腐蚀性和急毒性,这将造成周边土壤和地下水系的毁灭性污染。对于后一种方式而言,“外包”人员多数是依靠偷倒的方式来处理四氯化硅。各地调查表明,多晶硅企业倒贴钱将四氯化硅“外包”给这些人员,往往造成四氯化硅污染在空间范围上的大面积转移和扩散。除了企业缺乏环境责任外,一些地方政府同样缺乏环境责任意识。多晶硅是一个研发投入大、工业增长率高、产业层次高的行业。1000吨级的多晶硅项目至少需要10亿元投资,这会增加地方GDP和财政收入,也有利于官员实现政绩提升。在这种情况下,地方政府规制的动力减弱,一些官员甚至成了多晶硅的代言人,河南某市就出现了环保官员带头跑环评的现象。同时,多晶硅是高耗能产业,国内生产1千瓦的太阳能电池需要10公斤多晶硅,耗电5800~6000度,为世界先进水平的2~3倍。于是电耗成为了多晶硅生产的重要成本。我国中西部地区有着丰富的煤电、水电资源,受低廉电价的吸引,近年来多晶硅生产企业开始逐渐向中西部地区转移。数据显示,我国东、中、西部多晶硅计划产能依次递增,西部比东部和中部总和还多4500吨。有关资料指出,西南地区建立在廉价水电基础上的高耗能、高污染产业已给当地的环境和社区带来了严重影响,这些产业当中就有多晶硅。2010—2011年,全国在建多晶硅项目将集中达产,届时由四氯化硅所引发的的环境污染问题也将集中暴露出来。可以预言,如不及时采取有效措施解决多晶硅产业的污染问题,其后果不堪设想。硅硅材料和标准的开发事物的发展是两面的,在意识到多晶硅产业环境危机的同时,也应看到这一产业蕴藏的巨大机遇。首先,据世界能源组织(IEA)、欧洲联合研究中心(JRC)等权威机构预测,21世纪末太阳能光伏发电将占世界总电力的60%以上,我国的新能源战略也明确将太阳能光伏发电列为重点,而多晶硅是太阳能的上游产业,这意味着多晶硅的未来市场需求强劲、发展机遇巨大。因此,如果能攻克技术难关、将四氯化硅转化为三氯氢硅再制备多晶硅,将为我国的新能源产业提供巨大的发展动力。目前国内的新光、中能、永祥、华陆等多晶硅生产企业和清华大学等科研机构都在积极研究该转化技术,未来一段时间内这一技术可望取得突破性进展。其次,气相白炭黑是高技术产业和国防工业必不可少的纳米级无机化工原料,其价格是二氧化硅品种中最高的。根据计算,近几年国内气相白炭黑年均增长率高达33%,预计2010年将达到26400吨;我国近80%的气相白炭黑依赖进口,国外白炭黑公司也在积极进入中国市场。我国气相白炭黑产业面临巨大的生存压力与挑战。如果能将四氯化硅用于制备气相白炭黑,不仅能解决多晶硅产业的环境问题,还能为我国的气相白炭黑提供原料,促进相关产业发展。再次,综合利用多晶硅产业链上的其他下游产品消化四氯化硅,将为这些下游产业和多晶硅产业提供发展机遇:一是利用高纯四氯化硅制备石英光纤(高纯四氯化硅占光纤成分总量的85%~95%左右),但由于提纯技术落后,国内50%的光纤成品和大部分的光纤生产原料仍需进口,若能攻克四氯化硅的提纯技术,必将为我国光纤及通信产业带来质的飞跃;二是将四氯化硅用于制备正硅酸乙酯、有机硅烷、硅树脂以及四丁肟酮基硅烷、四乙酰氧基硅烷等精细产品,有利于促进我国有机硅产业发展。总之,一旦攻克这些技术难关,不但可以处理大量的四氯化硅,还可以变害为宝,创造巨大的经济价值。也就是说,攻克四氯化硅回收利用技术上的瓶颈将是一件利国利民的千秋伟业。中国晶产业的环境管理原因五:政策保障、行业发展,各个领域一是国家整合资源,以合作合资方式引进国外先进的四氯化硅回收处理技术,走一条先引进、再消化吸收创新的路子。建议中央政府相关部门牵头与国外多晶硅大厂谈判,从国家层面积极引进技术,实现后发优势;专门成立循环利用四氯化硅的国家级技术研发、孵化中心,整合全国多晶硅企业的人才资源、资金资源形成战略同盟,促使多晶硅企业共同进行技术攻关。二是政府相关部门制订政策,鼓励规模化、集约化、技术水平高、环保措施可靠的企业生产多晶硅,提高准入门槛,促进多晶硅整个行业技术水平的提升。2009年8月26日,国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议,研究部署抑制部分行业产能过剩和重复建设问题,会议指出当前要重点加强对多晶硅、风电设备等行业发展的指导,对多晶硅等新兴产业要建立和完善准入标准。三是优化多晶硅的产业布局,并由中央政府监督、引导地方政府在引进多晶硅项目时配套引进气相白炭黑、有机硅等下游厂家,大力发展循环经济技术。四是提供产业技术政策支持,鼓励多晶硅企业重点研究将四氯化硅转化为三氯氢硅的技术,以及提高多晶硅与四氯化硅的产出比技术,减少四氯化硅的实际生成量。五是中央政府强力推出技术标准,详细规定多晶硅生产或治污必须采用的技术。建议在《中国高新技术产品目录》中,将循环利用四氯化硅的技术和设备列为高新技术,以外部激励实现自主技术创新。推动地方政府和环保立法,实现环境合作多晶硅是知识、技术密集型的高技术产业,具有“清洁生产”的迷惑性;多晶硅企业有天然的环境信息优势,如果没有外部压力或者对利润创造没有好处,企业不会主动公开环境信息。我国多晶硅上市公司的相关公告就很少提及副产物的环境危害以及四氯化硅不成熟的处理技术。同时,基于地方经济利益,地方政府也未必会主动公开多晶硅企业的环境信息,这将增加治理难度。环境信息公开有助于解决这一问题。它被称为全球环境政策改革的第三次浪潮。在多晶硅产业的发展中,环境信息公开的主要实施方式是通过环境信息网站、采访报道等形式发挥公众、环保NGO和媒体的作用,建立起政府、多晶硅企业与公众之间沟通的桥梁。尤其是环保NGO中大量专业技术人员和法律专家的存在,更为污染治理提供专业知识和技术支持。环境信息公开有两个方面的好处。一方面,地方政府主要靠上级政府进行监督和制约,所受的水平监督和制约非常有限,而上级政府所拥有的环境信息也有限,监督成本巨大。公众、环保NGO和媒体可以起到特有的水平监督功能,这比监管部门发现隐蔽性较强的企业污染行为更直接、更及时,交易成本也更低。四氯化硅的污染信息正是由于污染受害者的举报、媒体的报道才引起社会各界的关注。另一方面,多晶硅企业追求利润最大化,其外部不经济始终存在,而公众、环保NGO和媒体公开环境信息能提高污染受害者与企业的博弈能力,并给地方政府和多晶硅企业以舆论压力,因而具有打破地方政府依赖、激活组织互动的“鲶鱼效应”,使多晶硅企业不得不考虑污染行为的后果,实现利益相关者之间的利益平衡。因此,需要积极引导社会力量参与环境保护。建议加强政府、多晶硅企业、公众之间的交流和沟通,促进地方政府和多晶硅企业的环境信息公开,实现环境合作。值得注意的是,我国环保NGO受到严格的登记制度和经费的限制,规模偏小,缺乏认可度,还需要适当扩大环境GNO的规模。从“约束+激励”到“环境责任”多晶硅企业缺乏环境责任是造成多晶硅产业环境污染问题的另一重要成因。在国家层面的规制和环境信息公开的双重作用下再建立延伸生产者责任机制(ExtendedProducerResponsibility,EPR),将有助于多晶硅企业自行治污、源头治污。EPR指通过国家立法将企业环境责任延伸至产品生命周期的各个阶段,包括上游的原材料选择和生产程序优化、下游的副产品处理和循环利用,企业甚至在产品设计阶段就要考虑到降低生产对环境的危害。EPR能激励企业去开发那些处理成本较低,或能源、原料更利于再利用的产品,推动技术创新。对于多晶硅企业,EPR既是一种约束机制,也是一种激励机制:“约束”体现在通过EPR立法,内化多晶硅企业的环境责任;“激励”体现在实施EPR以后,届时多晶硅企业会树立起良好的社会形象,获得“声誉资本”,这对企业可持续发展具有长期激励功能。建议根据多晶硅企业的实力和规模,以不同的方式执行EPR。一是对有实力的大型多晶硅企业,应积极探索四氯化硅下游产品的回收利用途径,鼓励企业建立气相白炭黑的循环利用系统。国内实力和规模都最强的洛阳中硅和峨眉山半导体厂已分别建立了四氯化硅的循环利用系统,其综合治污效力虽然不如国外先进大厂,但是在很大程度上已经减少了污染物的排放。二是对实力较差的多晶硅企业,则可以通过网络组织的形式建立具有第三方性质的生产者责任组织,促使中小多晶硅企业联合攻关治污技术,降低企业履行环境责任的难度和成本。总之,约束和激励并行的国家层面的规制可以突破多晶硅产业的技术瓶