John Endres: Siliziumschmelzverfahren trübt den „grünen“ Anspruch für Solarmodule

Von John Endres

Die geplante PacWest/HiTest-Siliziumschmelze in Newport, Washington, wurde als „grüne“ Anlage angepriesen, da ein Teil ihres Produkts, metallurgisches Silizium, für die Verwendung in Silizium-Solarmodulen weiter veredelt werden würde. Beim „Schmelzen“ wird ein Metall aus seinem Erz gewonnen, beim „Raffinieren“ wird das gewonnene Metall gereinigt. Ursprünglich wurde behauptet, dass 50 % des Siliziums der Schmelze für Solarpaneele verwendet werden würden, später wurde jedoch vorgeschlagen, dass nur 5 % von der REC-Silicon-Raffinerie in Moses Lake für Solarpaneele verwendet würden. Der größte Teil des metallurgischen Siliziums wird in der Metalllegierungs- und Chemieindustrie verwendet und nur ein kleiner Prozentsatz wird weiter raffiniert, um die hohen Reinheitsanforderungen für Elektronik und Solarmodule zu erfüllen.

Siliziumhütten haben einen enormen Strombedarf und sind stark umweltschädliche Schwerindustrieanlagen. Nach Angaben des Washington Department of Ecology würde die geplante Schmelze zwei Unterpulveröfen und einen 157 Fuß hohen Emissionskamin umfassen; Zu den geschätzten jährlichen Materialien würden 170.000 Tonnen Quarzitgestein (Siliziumdioxid), 150.000 Tonnen blaue Edelsteinkohle und Holzkohle sowie 130.000 Tonnen Holzspäne gehören, um 73.000 Tonnen metallurgisches Silizium pro Jahr zu gewinnen. Die geschätzten jährlichen Emissionen würden über 766.000 Tonnen Treibhausgase pro Jahr sowie Dutzende bis Hunderte Tonnen anderer Kohlegifte pro Jahr umfassen. Laut Daten aus dem Greenhouse Gas Reporting Program der EPA aus dem Jahr 2020 wäre die geplante Schmelze etwa der zwölfthöchste industrielle Treibhausgasemittent im Bundesstaat Washington.

Um die intensive Wärme zu erzeugen, die zur Gewinnung von geschmolzenem Quarz in einer Mischung mit Kohlenstoffreduktionsmitteln erforderlich ist, wäre eine konstante Versorgung mit 105 Megawatt Strom – mehr als 900 Millionen Kilowattstunden pro Jahr – erforderlich. Nach Angaben der US Energy Information Administration verbraucht der durchschnittliche US-Haushalt etwa 11.000 Kilowattstunden pro Jahr. Der jährliche Stromverbrauch der Schmelze würde ausreichen, um mehr als 80.000 durchschnittliche Haushalte pro Jahr zu versorgen.

Der Prozess der „carbothermischen Reduktion“ der Schmelze nutzt Kohlenstoff aus Kohle, Holzkohle und Holzspänen in einer Reaktion mit Siliziumdioxid, um Kohlendioxid und elementares Silizium zu ergeben. Geschmolzenes Silizium wird aus einem Abstichloch eines Ofens gesammelt und Kohlendioxid sowie andere Treibhausgase und Schadstoffe werden in die Atmosphäre abgegeben.

Wie kann eine Schwerindustrieanlage, die ein Produkt herstellt, von dem nur ein Bruchteil für Solarmodule verwendet wird, als „grüne“ Anlage betrachtet werden? Wissenschaftliche Arbeiten, in denen Methoden zur Berechnung des CO2-Fußabdrucks von Solarmodulen beschrieben werden, haben einige überraschende und besorgniserregende Probleme aufgedeckt:

• Die in der überprüften Literatur gefundenen Werte für den CO2-Fußabdruck von Silizium-Solarmodulen berücksichtigen nicht den Silizium-Schmelzprozess, was verwirrend ist, da Silizium der entscheidende Bestandteil von Silizium-Solarmodulen ist.

• Für die Berechnung des CO2-Fußabdrucks wird ein Verfahren verwendet, das als Ökobilanz und Lebenszyklusinventur bekannt ist. Diese Methoden sind höchst subjektiv, liefern inkonsistente und nicht vergleichbare Ergebnisse, unterliegen keiner einheitlichen Standardmethode und werden typischerweise von der Industrie und nicht von unabhängigen Stellen durchgeführt.

• Nach Angaben des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) werden Treibhausgasemissionen aus Biomassequellen (Hackschnitzel, Holzkohle usw.) bei der Verbrennung im Energie- und Industriesektor, einschließlich der Verhüttung, nicht berücksichtigt. Aber wir alle wissen, dass beim Verbrennen von Holz und Holzkohle Rauch (Kohlendioxid und andere Gase) entsteht. Eine Reihe überprüfter Arbeiten stellen die Biomasse-Bilanzierungsmethode des IPCC in Frage.

• Der Verlust von Kohlendioxidsenken aufgrund der Ernte von Bäumen für Holzspäne und Holzkohle, die im Schmelzprozess verwendet werden, ist in den CO2-Fußabdrücken von Silizium-Solarmodulen nicht enthalten. Es kann Jahrzehnte bis mehr als 100 Jahre dauern, bis der durch die Baumernte verursachte Kohlendioxidsenkenverlust ausgeglichen ist.

• Es gibt keine klare und quantifizierbare Definition von „grün“ und „Greenwashing“ ist ein anhaltendes Problem.

• Anhand der bereitgestellten Rohstoff- und Emissionsmengen für die geplante Schmelze wurden die Auswirkungen der Siliziumverhüttung auf den CO2-Fußabdruck von Solarmodulen abgeschätzt und legen nahe, dass Silizium-Solarmodule mehr Kohlendioxid in der Atmosphäre verursachen, als sie einsparen. Der Ausschluss des Siliziumschmelzprozesses aus der Berechnung des CO2-Fußabdrucks von Solarmodulen untergräbt die Integrität der Silizium-Solarmodulindustrie und stellt den „grünen“ Anspruch der geplanten Siliziumschmelze sowie den „grünen“ Anspruch von Silizium-Solarmodulen in Frage.

Wir stehen vor einer Klimakrise. Wenn wir die Umweltauswirkungen unserer Aktivitäten nicht mit größtmöglicher Integrität und Transparenz angehen, werden wir vor immer größeren Herausforderungen für unsere Lebensqualität stehen.

John Endres aus Newport hat einen Abschluss in Naturschutztechnologie und Botanik. Er war in den Bereichen Forstwirtschaft, Pflanzengenetikforschung sowie Produktion und Forschung in der Proteinbiochemie tätig.

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