Двухступенчатый процесс пиролиза превращает отработанные солнечные панели в карбид кремния

Российские ученые разработали процесс, сочетающий пиролиз при температуре 500 ° C с электродуговой обработкой при температуре выше 1800 °C. Полученный твердый продукт содержал до 61% карбида кремния, материала, используемого в силовой электронике и огнеупорной керамике.

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Российские исследователи разработали двухэтапный процесс преобразования отработанных солнечных панелей в карбид кремния (SiC), кремниево-углеродное соединение, которое ценится за его твердость, теплопроводность и устойчивость к нагреванию и коррозии. SiC широко используется в таких областях применения, как силовая электроника и огнеупорная керамика.

«Стремительный рост количества солнечных панелей во всем мире делает вопрос их утилизации все более актуальным, — заявили исследователи. — В этой статье представлены результаты экспериментального исследования по переработке отработанных солнечных панелей с использованием методов пиролиза и безвакуумной плазменно-дуговой конверсии для получения углеродного остатка, карбида кремния и синтез-газа, которые можно использовать для производства энергии.»

Исследователи использовали выведенную из эксплуатации солнечную панель из поликристаллического кремния, которую они измельчили и подвергли пиролизу при температуре 500 ° C в непрерывном потоке азота, чтобы разложить ее полимерные компоненты и получить углеродсодержащий твердый остаток.

Затем они обработали партии материала весом около 2 г в графитовом тигле с помощью безвакуумного электродугового реактора. Реактор работал при силе тока 200 А в течение 60 секунд, достигая температуры выше 1800 °C.

Ученые протестировали различные добавки углерода, в том числе технический углерод, который способствует превращению кремнийсодержащих соединений в карбид кремния. Они сравнили полученные продукты с теми, что были получены из панельного материала, обработанного непосредственно в электродуговом реакторе без предварительного пиролиза.

Затем исследователи использовали электронную микроскопию, рентгеновскую дифракцию и термический анализ, чтобы изучить морфологию, кристаллический состав и поведение продуктов при окислении.

«Пиролиз помог решить сразу несколько задач: удалить полимеры, которые мешают дальнейшей обработке, получить твердый углеродный остаток и собрать газообразные продукты, — рассказала Жанар Болатова, одна из исследователей, участвовавших в работе. — По нашим расчетам, средний выход углеродного остатка составил 45,8 % от массы обрабатываемого материала».

По словам Болатовой, максимальная концентрация метана в газовой смеси достигала 5 % по объему, а концентрация угарного и углекислого газа составляла примерно 0,6 %.

«Анализ состава также подтвердил преимущество предварительного пиролиза, — сказала она. — После такой обработки из конечного продукта исчезла фаза силицида железа. Это уменьшило количество нежелательных примесей и увеличило долю целевого карбида кремния».

Результаты также показали, что увеличение содержания углерода в исходной смеси с 0% до 30% повысило долю карбида кремния в твердом продукте с 46% до 61%. В то же время доля свободного кремния снизилась с 19,7% до 8,3%, а доля диоксида кремния — с 3% до следовых количеств.

По словам исследователей, полученные результаты свидетельствуют о том, что дополнительный углерод способствовал превращению кремния в карбид кремния.

Исследователи описали этот процесс в статье “Поэтапная переработка солнечных панелей путем пиролиза и безвоздушного преобразования электрической дугой с получением SiC”, опубликованной в Silicon. В исследовательскую группу вошли ученые из Российского национального исследовательского Томского политехнического университета и Севастопольского государственного университета.

Аккумулятор FIAMM FG 21803 https://invertory.ru/product/fiamm-fg-21803/