Solární křemík z rýžových slupek

Z rýžových slupek (pluch), které jsou odpadem z loupání rýže, chce kalifornská firma vyrábět fotovoltaický křemík nejvyšší kvality, použitelný při výrobě solárních článků.

Pluchy jsou odpadem z loupání, prodávaným v USA podle místa za nejrůznější ceny, zhruba 5-20 USD/t bez dopravy, avšak v místech bez využití i zdarma. V roce 2008, kdy se v USA sklidilo 9,239 mil. tun rýže (podle FAOStat), se produkce pluch odhadovala na asi 1,4 mil. tun. Při světové produkci rýže 685 mil. tun (2008) se světová produkce pluch odhaduje na zhruba 100 mil. tun (všechna rýže se neloupe). Přebytky jsou zejména v Číně, Indii, Jižní Koreji a na Filipínách, doprava se nevyplácí.

RÝŽE JE ZDROJEM KŘEMÍKU

Rýžové pluchy jsou biopalivem s obsahem energie 13,9 MJ/kg, což odpovídá zhruba 0,4 l benzinu nebo zhruba 1 kg energetického hnědého uhlí. Pro jejich energetické zpracování existuje v USA řada komerčních elektráren spalujících příp. i rýžovou slámu. Největší světovou elektrárnou na biopaliva z rýžových pluch a rýžové slámy je Wadham Energy s výkonem 30 MW, spuštěná s 26,5 MW v roce 1989. Denně zpracovává až 200 tun rýžových pluch z jejich kalifornské roční produkce přes 360 tis. tun. Využití pluch jako biopaliva je však poněkud komplikované, protože díky vysokému obsahu oxidu křemičitého SiO2 špatně hoří.

Pluchy ze surové rýže mají neobvykle vysoký obsah SiO2 – až okolo 20 %. Zhruba čtvrtinu jejich váhy představuje lignin, polovinu celulóza a hemicelulóza. Ve zlomcích procent obsahují draslík, vápník, hořčík, železo a hliník . Zbytek jsou organické látky jako oleje, proteiny aj. Problémem jsou škodlivé obsahy přibližně 130 ppm fosforu a 2 ppm bóru (1 ppm = 10-4 %). Nedají se spolehlivě odstranit ani loužením pluch ve zředěné HCl, jen snížit. Popel pluch mívá 88 až 94 % SiO2. Rýžová sláma obsahuje typicky 13 % SiO2, 37 % celulózy, 45 % hemicelulózy a 5 % ligninu. Poměr hmotnosti slámy k pluchám je 3,6.

JINÉ VYUŽITÍ

Potíže se spalováním a vysoký obsah křemíku vedly kalifornskou společnost Thermal Technology (TT) k hledání jiné technologie pro jejich využití.

Jejím základem je tzv. karbotermický tepelný proces, jako kombinace pyrolýzy a redukce oxidu křemíku SiO2 „vlastním“ organickým uhlíkem obsaženým v pluchách. Následnou rafinací známými procesy se získává křemík fotovoltaické jakosti Solar Grade.

Pluchy jsou surovina s ideálním vzájemným poměrem SiO2/uhlík k redukci SiO2. Proces má mít nižší výrobní náklady a nižší cenu vstupů než dosavadní procesy. Nyní je v USA více než 95 % křemíku v jakosti Solar Grade (SG-Si) vyráběno procesem Siemens se spotřebou energie přes 200 kWh/kg SG-Si. Nový proces údajně spotřebuje pouze 50 kWh/kg SG-Si, snižuje emise CO2 ze spalování pluch a vylučuje tvorbu metanu při jejich skládkování.

Křemík z procesu TT má nižší cenu díky velkému množství a nízké ceně suroviny, důležitá je také nízká energetická náročnost procesu. Přitom využívá udržitelnou surovinou z obnovitelných zdrojů, představuje způsob zpracování odpadů a je CO2 neutrální. Bohužel firma Thermal Technology neuvádí bližší informace o procesu, způsobu výroby, výtěžnosti, ani kapacitě zařízení. Nicméně podobná technologie výroby solárního křemíku z rýžových pluch je popsána již v americkém a kanadském patentu s prioritou od roku 1979, jehož majitelem je Exxon Research & Engineering.

 

První světová elektrárna spalující rýžové pluchy je Agrielectric Power v Lake Charles (Louisiana) o výkonu 13 MW, spuštěná v roce 1984. Spálí 300 t/den rýžových pluch (Foto Powell Group)

Z rýžových pluch, jichž odpadá při loupání rýže asi 20 %, se křemík vyrábí tepelnou redukcí vlastním uhlíkem (Foto Ruach)

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *