Вред от солнечных батарей для экологии: есть ли предпосылки для такого мнения?
Буквально за последнее десятилетие гелио энергетика из экзотичного увлечения «зеленых» превратилась в стремительно растущую промышленную отрасль. Во многих развитых странах солнечные электростанции производят от 10% до 50% общего объема энергии. А к 2050 на возобновляемые источники может перейти половина мира. К сожалению, одним из следствий такого роста стал активно продвигаемый углеводородным лобби вопрос о вреде солнечных батарей для экологии. Разберемся подробнее, насколько данное утверждение соответствует действительности.
Процесс производства
Основой фотоэлектрических панелей являются полупроводниковые ячейки. Около 80% из них создается на базе кремния, 15% приходится на долю редкоземельных элементов, 5% составляют другие материалы.
Проблема №1. В процессе производства кремниевых батарей используются не только базовые, но и вспомогательные химические элементы. Например, алюмофторид натрия, пары которого ядовиты и могут вызывать серьезные повреждения кожных покровов, слизистых оболочек и ЦНС. До 99,5% канцерогенов при заводском производстве улавливается очистными фильтрами, но часть из них все же попадает в атмосферу. И это остается одним из факторов вреда солнечных панелей для экологии.
Проблема №2. Для изготовления редкоземельных фотоэлектрических панелей применяются еще более токсичные материалы, в частности германий, кадмий, теллур, фосфор и некоторые другие. Создание этой категории фотовольтаики сопровождается еще более строгими требованиями к безопасности, и на этапе производства опасные выбросы в окружающую среду практически отсутствуют.
Проблема №3. Вред для атмосферы, воды и грунтов в процессе сборки солнечной продукции в основном связан с качеством технологических процессов. И если американские, европейские или японские заводы строго соблюдают требования безопасности, в Китае уровень заботы об экологии часто оставляет желать лучшего.
По подсчетам некоторых экологов (часто, довольно сомнительных специалистов), изготовление фотоэлектрического оборудования в среднем на 40-50% более токсично в пересчете на единицу энергии, чем углеводородное производство. Однако это лишь первый этап полного цикла существования источников энергии, без учета «чистой» многолетней работы СЭС.
Кроме того, быстро совершенствующиеся батареи третьего поколения на основе органики, квантовых точек или перовскитов практически полностью безопасны. И через 10-15 лет о вреде для экологии новых солнечных панелей можно будет забыть.
Опасны ли солнечные панели для экологии?
Процесс эксплуатации
Для того, чтобы сравняться по «углеводородному следу» и совокупной токсичности для окружающей среды с ТЭС, солнечной электростанции необходимо проработать всего 2-3 года. Остальные 20 и более лет эксплуатации никакого негативного воздействия от СЭС не будет, чего нельзя сказать о традиционных установках на классическом топливе.
Абсолютная безопасность функционирования солнечных электростанций базируется на особенностях конструкции фотоэлектрических ячеек. Химически вредные элементы в них находятся в связанном состоянии, а сверху надежно защищены сверхпрочным слоем стекла и/или полимера.
Механическая и физико-химическая надежность панелей настолько высока, что в некоторых странах «солнечная крыша» начинает устанавливаться вместо традиционной кровли.
В процессе эксплуатации, в том числе с экологической точки зрения, гелио модули:
- отличаются нулевым уровнем вредного влияния на окружающую среду;
- не производят шума;
- служат до 25 лет и более;
- используют бесплатный и неисчерпаемый источник энергии;
- не требуют никаких финансовых затрат;
- позволяют не зависеть от качества поставки электроэнергии из традиционных сетей и способствуют важной частичной децентрализации распределения мощностей.
Примечание: Единственный вред для экологии в процессе эксплуатации наносят не солнечные батареи, а редко использующиеся крупные СЭС башенного типа. Их конструкция требует применения концентрической системы фокусирующих излучение зеркал, и высокоэнергетические лучи иногда приводят к гибели пролетающих мимо птиц.
Процесс утилизации
Наиболее серьезные вопросы вызывают проблемы с утилизацией, особенно панелей на базе токсичных редкоземельных элементов. Однако высокопроизводительные их варианты очень дороги и применяются в основном в аэрокосмической промышленности. А более дешевые модули, на базе теллурида кадмия, изготавливаются преимущественно солидными американскими производителями. Эти компании известны тем, что осуществляют безопасную утилизацию старых солнечных батарей без вреда для окружающей среды, причем за свой счет.
Дополнительным плюсом следует назвать современные технологии, позволяющие повторно использовать в производстве свыше 92% полупроводниковых материалов и 77% стекла. Это не только пропорционально снижает экологический вред, но и удешевляет изготовление очередных поколений солнечных батарей.
Заключение
Промышленная отрасль производства фотоэлектрических панелей и другого необходимого для СЭС оборудования действительно является экологически небезопасной. Однако измерять вред для окружающей среды любой производственной сферы следует в совокупности, учитывая полный цикл ее работы.
При таком подходе вред для экологии солнечных батарей значительно ниже, чем у станций, работающим на углеводородном, и, тем более, атомном топливе. А в самом ближайшем будущем гелио энергетика станет не только максимально безопасной, но и значительно более дешевой и доступной.
Источник
Так ли экологичны солнечные батареи?
Дата публикации: 28 апреля 2014
Северная Ассоциация США по возобновляемым источникам энергии, в своей публикации «Солнечная энергия», опубликованной в 2008-м году, пишет:
«Из всех доступных возобновляемых источников энергии именно солнечная энергия и солнечные батареи наносят минимальный ущерб окружающей среде. Электричество, произведенное при помощи солнечных батарей, не оказывает вредного воздействия на воздушные массы. И никак не загрязняет ни поверхностные, ни подземные воды, не истощает природные ресурсы и не несет опасности, как для животного мира, так и здоровья человека.
Единственный реально опасный эффект данного типа энергии связан с получением некоторого количества токсических веществ и химикатов, например, кадмия и мышьяка, которые используются при производстве солнечных батарей. Но, по большому счету, и эти негативные эффекты минимальны по своему объёму, если есть продуманная политика в плане их повторного использования и надлежащей утилизации.
Будущее
В свою очередь Кен Звейбл, Директор Института анализа солнечной Энергии в Университете Джорджия, в Вашингтоне, а также Джеймс Мейсон, Директор компании про производству солнечных батарей, и Василис Фенакис, Главный Инженер по исследовательской работе в Национальной Лаборатории в Брукхайвене, в своей совместной статье от 2007-го в журнале «Научная Америка» пишут о планах на будущее.
«Мы полагаем, что примерно к 2050-му году технологии солнечных батарей позволят производить почти 3 000 ГИГАВАТТ электрической энергии, иными словами МИЛЛИАРДЫ ватт. Около 30 000 квадратных миль рядов солнечных батарей должны быть установлены верх к солнцу на фиксируемых подставках. Да, эти площади могут казаться просто невероятными. Но уже установленные линии батарей показывают, что свободной земли, необходимой для производства каждого гигаватт – часа солнечной энергии на Юго-Востоке США требуется все равно меньше, чем при производстве этого же количества энергии на традиционных угольных электростанциях.
Исследования, проведённые Лабораторией Энергетики в Коло, показывают, что более чем достаточно земельных ресурсов на Юго-Востоке страны. Нет необходимости затрагивать чувствительные к проникновению машин и людей территории. Также нет необходимости как-то мешать в этом плане землям населенных пунктов или вообще углубляться в трудные территории. Благотворная природа самой солнечной энергии, ее экологичность, включая разумное потребление воды, сводит озабоченность экологическими эффектами батарей к минимуму»
В 2008-м году Отделение по энергоэффективности возобновляемой солнечной энергии (EERE) на своем сайте в блоке «Почему так важна солнечная энергетика» разместило следующий материал:
«Малые электрические подстанции наносят незначительный ущерб окружающей среде, так же как и солнечные батареи. Удивительно, но так запросто производя нужную человеку электрическую энергию, солнечные батареи не загрязняют окружающую среду, не производят рискованные для фауны и флоры выбросы и отходы. Это производство энергии не требует ни жидкого, ни газообразного топлива, его не надо ни транспортировать, ни сжигать»
В свою очередь Василис Фенакис, старший научный сотрудник Центра Инженерных Наук Национальной Лаборатории в Брукхавене, в статье от 2004 года «Циркуляция теллурида кадмия и его вред в ходе производства солнечных батарей» в разделе о возобновляемой и восполняемой энергетике пишет:
«Если смотреть широким полем зрения на проблему, то риски для окружающей среды от солнечных батарей минимальны. Приблизительные выбросы в атмосферу в ходе производства составляют 0,02 грамма теллуридла кадмия на ГИГАВАТТ\час электрической энергии, произведенной за весь срок службы солнечного модуля, и это очень низкий показатель.
Широкомасштабное использование солнечных батарей не несет никакого риска для здоровья человека и живых существ. А повторная переработка модулей, что уже отслужили свой срок службы, почти полностью нивелирует озабоченность «зеленых» по поводу вредности этого вида производства электрической энергии.
Во время своей работы солнечные модули не производят загрязнения Природы, и более того, постепенно замещая традиционные виды топлива (газ, нефть, уголь) они приносят существенные выгоды окружающей среде. Теллурид кадмия в солнечных батареях на самом деле на поверку оказывается значительно более дружественен Природе, чем все остальные ныне используемые виды кадмийных батарей, включая знаменитые никель-кадмиевые.
Минусы
Однако, не все так просто в вопросе безопасности для окружающей среды со стороны огромной МАССЫ солнечных батарей.
В главе, озаглавленной «Солнечная и ветряная энергетика непродуктивна и вредна для окружающей среды» ее автор, Пол Дриссен, Доктор Наук и сотрудник Комитета по «Строительству завтрашнего дня» пишет:
«Производство 50-ти МЕГАВАТТ электрической энергии с использованием газосжигательных установок потребует примерно от 2 до 5 акров земли. Чтобы получить такое же количество энергии за счет солнечных модулей придется покрыть – внимание ! — около ТЫСЯЧИ акров земли солнечными панелями (и это еще если принимать в расчет оптимистичные цифры в получении энергии в 10 ватт на кв. метр или 5% эффективности при пиковой выработке).
Еще не меньшая проблема – это обеспечить свободный доступ грузовикам с водой для того чтобы мыть весь этот «лес» из солнечных модулей. Чтобы покрыть, например, потребности Калифорнии в энергии при помощи солнечных модулей потребуется задействовать десятки тысяч акров земель, принося их в жертву. А ведь эти прерии называют чуть ли не самым уникальными и красивыми образчиками настоящей Дикой Природы. Дикий Дикий Запад. Это один из самых величественных и красивейших ландшафтов во всей Америке, и его придется принести на алтарь солнечной энергетики вместе с животным и растительным миром этой территории.
Калифорнийская Энергетическая Комиссия в рамках общественного интереса к энергетической общедоступной исследовательской программе (PIER), Институт Исследований Электрической Энергии (EPRI) в ноябрьском отчете 2003 года под названием «Потенциальный вред для Здоровья и Окружающей среды связанный с производством и использованием солнечных батарей, доступной на сайте EPRI, написали следующее.
«Само производство солнечных батарей включает в себя использование некоторых токсичных газов, взрывоопасных летучих веществ, коррозийных жидкостей и подозрительных канцерогенных – вызывающих рак – реагентов. Магнитуда возможных негативных эффектов на здоровье человека и Природу в случае производства солнечных батарей варьируется в зависимости от используемых токсических материалов, их насыщенности, интенсивности использования, а также продолжительности их воздействия на человека в условиях производства.»
Отработанные модули
Утилизация значительных объемов отслуживших свое солнечных модулей на конкретной территории приводит к увеличению риска для здоровья людей в данной местности. А также это пагубно для местной флоры и фауны. Утечка химических реагентов из утилизируемых модулей дает вероятность заражению местной почвы и поверхностных вод.
Животный и растительный мир на этих территориях при непосредственной близости возможных утечек или случайных выбросов в атмосферу может быть подвергнут тяжелому воздействию. Утечки могут привести к взрывному росту концентрации опасных веществ вокруг производственных установок, на которых производятся модули. А это уже прямая и явная угроза здоровью работающих здесь людей.
Окружающая вода, воздух, почвы будут поглощать в себя вредные химические выбросы. Загрязненная вода отравит почву, а вдыхаемый воздух также будет частично отравлен выбросами.
Удар по живому
«Выбросы химических токсических соединений при производстве солнечных модулей ведет к ослаблению резистентности живых существ к болезням и ухудшению их фертильности, то есть способности давать здоровое полноценное потомство. Также увеличивается смертность и наблюдается замедленный рост у детей и детенышей. Интенсивность и серьезность негативного воздействия будет различаться в зависимости от количества и типа вредных веществ, высвобождаемых при производстве солнечных улавливающих модулей…»
По материалам Исследовательского Института Электрической Энергии (EPRI) 2003 год. Калифорнийская Энергетическая Комиссия.
В свою очередь Ховард Хейден, Доктор Наук, почетный Профессор в университете Физики в Коннектикуте, в книге от 2005 года «Солнечная ловушка: почему солнечная энергетика не покорила мир» пишет:
«Скопление солнечных батарей на примере местечка Барстоу, Калифорния, под кодовым обозначением «Солнечная №2», занимает 52,6 гектаров (почти 130 акров) земель и производит около 10 мегаватт электричества на максимальном выходе при пиковых значениях. Производительность достигает лишь 16%. Для таких вот установок типа «Солнечная -2», чтобы произвести такое же количество энергии, как и типичной 1000 мегаватт электростанции на обычном топливе, за год потребуется покрыть солнечными модулями 33 000 (!) гектаров земли. Или иными словами, 127 квадратных миль площади! А это уже серьезный урон окружающей среде.
Число солнечных батарей на нашей планете непрерывно растет, однако ни о каком качественном прорыве в этой области пока говорить не приходится. Возможно, когда инженеры придумают, как уменьшить площади солнечных модулей и как наладить их само очистку, когда уберут из производственной цепочки некоторые летучие опасные соединения и газы, то дело и пойдет веселее. Но пока с экологической точки зрения солнечные электростанции все же не совсем безвредны для окружающей среды.
Михаил Берсенев, по материалам зарубежных сайтов, 28 апр. 14 г.
Истощение природных ресурсов и обострившиеся экологические проблемы — главные причины для развития возобновляемых источников энергии:
Источник