必须被认识的太阳能板「阴暗面」不能再利用会很麻烦

太阳能板「看天吃饭」，天灾的风险当然很高，受损的太阳能板并不是好回收的物品，无法有效回收就成了麻烦的垃圾。 (图/路透社)

为了阻止全球暖化，各国逐步进行能源转型，希望以清洁能源取代化石燃料。在制定新能源策略时，太阳能是最受欢迎的一种，因为「太阳能取之不尽用之不竭」、「环境友善，没有碳排」这些是最常听到的优点。然而这些吹捧往往掩盖了太阳能的问题，在制作太阳能电池板的过程中，有「阴暗」的一面，包括过于耗能、污染，以及不易回收。这篇分析是个善意的提醒，并不是建议要放弃太阳能电池板，而是应该更诚实的面对这些缺点。

有趣的工程(Interesting Engineering)报导，根据2018年加拿大自由报(Canada Free Press)一篇关于太阳能电池板的环境冲击分析，指出太阳能电池板在其整个运作生命周期内，每单位发电产生的有毒废物，比核电厂多 300 倍。

如果我们以2016年的科技为基准，把全世界所有的太阳电池板，和所有核电厂在接下来的25年中，发电后产生的废料堆在一座足球场上，那么全球核废料会塔积成比萨斜塔的高度，听起来很多是吗？太阳能电池板的废料会堆成两座圣母峰的高度。

当然，两者产生的废料性质有很大不同，但是光从数量来看，太阳能的废料绝对不容忽视。目前，多数国家并没有妥适的太阳能电池回收产业，这使得坏旧的太阳能电池板最可能是被塞进垃圾填埋场里，「眼不见为净」做为结局。

为何会如此？这要先提到太阳能电池板的制程，就来了解太阳能电池从摇篮到坟墓的整个生命周期吧！

太阳能发电的原理来自光电效应，这又牵涉到半导体，矽就是最丰富的半导体材料之一。在大多数情况下，矽的原始来源是是一种称为石英的矿物，它是二氧化矽结晶。二氧化矽在地壳里占了3成，可说取用不尽，它1也是玻璃的主材料。

第一步就是采矽矿，这会使从业人员带来健康和安全问题。在矿场，一种称为矽肺病的职工伤害一直困扰行业，这一点只能用防护口罩来扼止。

当然，在工业时代，所有原材料都源于采矿，这个问题并非太阳能电池板生产所独有，只是我们要记住这是一个重要问题。

在二氧化矽被提取出来后，需要精炼成更纯净的形式，才能应用在半导体工业上，这种称为冶金级矽晶，是要用到巨大的熔炉，既然是熔炉，也就需要消耗大量的能量来运作，不管是燃烧化石燃料的传统熔炉，或是利用高能电力的电弧炉，都是极大的耗能。也就是说，假如太阳能板在将来服役之后，生产出的电力没有比制造时期的耗能更多，那么这片太阳能板仍然不够环保。

这听起来严苛，但这是个很公平的标准，称为「碳强度值」，或者是「生产碳足迹」。

另外，冶金级矽的生产过程，本身也会产生大量有毒气体，如二氧化硫、一氧化二氮，当然还有二氧化碳。虽然排放量相对较低，但大规模生产太阳能电池板会产生大量这些气体，而这些气体会造成酸雨这类的污染。

但是，这还只是铸造新面板过程的开始。这种冶金级矽还需要进一步加工。冶金级矽还与盐酸结合形成三氯矽烷，这是半导体工业中「超纯矽」的前半段。我们要制造出多晶矽，但同时会有四氯化矽的副产品，而四氯化矽是一种剧毒。

对于更谨慎的制造商来说，可以对四氢化矽再次加工还原成矽，但加工意味着更多的成本，因此大多数情况下，它是被当成废料而排放。如果四氯化矽与水接触，会还原成二氧化矽与盐酸，这显然对环境不利。

尽管美国、英国和欧盟等国家/地区的环境标准非常严格，但现在大多数多晶矽生产都发生在法规不那么严格的远东地区。 2008 年《华盛顿邮报》的一项调查显示，大陆一家多晶矽工厂，将废弃的四氯化物倾倒到邻近的油田中，这引起了国际社会的强烈抗议，之后中国大陆制定了标准，要求至少 98.5% 的废物被回收利用。

言归正传，完成多晶矽后，生产还没有结束。多晶矽是砖状的锭，它要再被切成薄片，然后在矽晶片上掺入镓、镉、砷、锑、铋、锂等物质，才能达到独特的光生电性质。这些加工过程大多会对环境造成潜在的危害，比如会使用到磷酰氯，而磷酰氯也具有剧毒和强腐蚀性。

不仅是磷酰氯，加工步骤中还需要使用更危险的化学品，其中最重要的是氢氟酸。这是世界上最强大的酸之一，有「化骨水」之称，如果处理不当，将非常危险。

由于氢氟酸造成的悲剧与工伤颇多，目前业界试着用伤害较低的氢氧化钠代替氢氟酸，但是俗称「苛性钠」的氢氧化钠也是以高腐蚀性闻名，因此它不能说安全，只是如果发生事故，危机处理会容易得多。

然而，这还不是太阳能光电池潜在危险的的全部故事。

制造过程中也消耗大量的水。包括冷却、化学处理和空气污染抑制都会用到，为了让您大致了解用水量，在晶圆厂，大约 230~550百万瓦的公用事业规模，在施工期间会消耗多达15亿公升的水来控制灰尘。太阳能版在服役期间，可能还需要使用2600万公升的水来清洁板子表面，以免被灰尘污垢给减弱功率。

虽然在火力电厂与核电厂运作期间，也会用到大量的水来冷却，但是那些水是可以循环的。

再来说旧太阳能电池板会怎样，大多数太阳能电池板的使用寿命在25年之内，即使没有故障，仍会遇到功率更高的新一代太阳能板的竞争，也就要面对退役、移除并更换。根据国际可再生能源机构 (IRENA) 预测，到2050年，全球大约会有 7800 万吨的太阳能电池板已经报废，这是个巨大的数量。

我们期待太阳能板可以回收，但这并不容易，因为太阳能板是封装在塑胶中并夹在玻璃和背板之间，虽然拆卸在技术上没有挑战性，但它需要时间，而在产业上「时间就是金钱」，过于耗时对回收公司来说，意味着过多的成本。

例如，在一个典型的电子垃圾处理设施中，太阳能电池板的铝框架和接线盒，可以很单的被剥离，然后回收当中的金属。然而，面板的其余部分被封装在乙烯-醋酸乙烯酯 (EVA) 的塑胶层，再黏合到玻璃上，要把3个部分给完整剥除相当麻烦。

出于这个原因，在欧洲、澳的回收商，只是简单的用粉粹机辗成碎末，然后将它视为碎玻璃形式。

但是种废玻璃通常不能直接使用，因为它含有塑胶、铅、镉和锑，必须重新淘洗，其工续比从原始矽砂中制作玻璃还要麻烦。

那么，回收太阳能电池板上的金属应该有利可图吧！根据美国资源回收商的估计，一块 60元的面板，回收之后可以产生3美元价值的铝、铜和玻璃。

然而，在美国，回收整个面板的成本在12 到25美元之间，根本就是大亏本。要是什么都不管，送进掩埋场，成本不到1美元。因此从商业角度来看，回收太阳能板没有明显的经济利益，何必呢？

还是有必要换换心情，仍然有不少研队团队在开发太阳能电池板的有效率回收方式，比如美国国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory简称NREL)领导的一个研究小组，正在研究一种回收光电池板的方法，他们正在审核加州的We Recycle Solar公司的回收程序。

自五年前成立以来，该公司已从家庭、企业和太阳能农场回收了数千块电池板。和其他回收公司一样，他们首先拆掉铝框、电线等。然后，他们将面板的其余部分切碎，并对其进行特殊的化学处理、电解和其他过程。这种处理使公司能够分离出金属、矽和玻璃。

另一家位在德州的Echo Environmental公司，则不采用切碎法，而是采用铣削法，将太阳能板的塑胶层、光敏层与玻璃层分开。这会分离出玻璃的干净部分，这些被削下的玻璃可以出售给其他行业，比如制作玻璃纤维，或反光涂料的厂商。半导体的部分则进行其他冶炼。

位于澳洲的Lotus Energy公司，又开发了不同的方法，报导没提及他们的步骤，仅说可以回收几乎 100% 的旧太阳能电池板，而且过程不使用化学品。

总之，光凭市场机制，回收太阳能板不具备市场诱因，显然只能采用立法的方式，以罚则与奖励来推动产业界研究与执行太阳能板的回收工作。

也期望新一代的太阳能板能更于回收，无论如何，我们必须看到太阳能板的代价与处理问题，它必须被解决，这才能形成有效的环保产业。