سیلیکون، یک عنصر کلیدی در انرژی های تجدید پذیر

کاری از اسدالله غلامپور

به گزارش سرویس انرژی منبع خبر، عنصر سیلیکون که حاوی سیلیس با نماد شیمیایی Si در جدول تناوبی عناصر شیمیایی می باشد از شن و ماسه استخراج می شود. سیلیکون دومین عنصر در دسترس است که در پوسته زمین یافت می‌شود و یکی از مهم ترین عناصری است که در دستگاه‌های مرتبط با فناوری و نیمه رساناها مورد استفاده قرار می‌گیرد. روند ساخت ماده بسیار پیچیده است و شامل مراحل زیادی می باشد اما اگر بخواهیم بصورت مختصر به فرایند تولید آن بپردازیم می توان گفت فرایند ساخت سیلیکون شامل استخراج سیلیکون از سیلیس و انتقال آن از طریق هیدروکربن ها و سپس ترکیب با سایر مواد شیمیایی برای رسیدن به انواع و اشکال مختلف است. سیلیکون متال نخستین محصول در زنجیره فرآوری فلز سیلیسیم است و ۵/۹۸ تا ۵/۹۹ درصد آن را سیلیس تشکیل می‌دهد. حدود ۲۸۰ معدن سنگ سیلیس در ایران فعالیت دارد که ذخیره این معادن تقریباً ۷۰ میلیون تن است. استانهای همدان، خراسان، کرمان، قزوین، البرز، کردستان، کرمانشاه دارای معادن سیلیس هستند. در میان منابع و معادن سیلیسم در ایران می توان معدن سیلیس خوی و همدان را به عنوان خالص ترین و مرغوب ترین معدن با ۹۹ درصد کیفیت دانست ولی به دلیل نبود امکانات کافی امکان فرآوری این محصول وجود ندارد و به صورت خام به کشورها و دیگر استان ها صادر می شود. بیشتر سیلیس های تولید شده در داخل کشور در صنایع گوناگونی مانند شیشه سازی، چینی سازی، ریخته گری، الکترونیک و … مورد استفاده قرار می گیرد. از جمله کاربردهای فراوان این ماده در صنعت شیشه سازی است که استان قزوین به دلیل دارا بودن معادن زیادی از سیلیسم، دارای مراکز زیادی برای تولید شیشه می باشد. قرار گرفتن کشور ایران در کمربند خورشیدی، داشتن مناطق کویری و نیز برخورداری از حدود ۳۰۰ روز آفتابی در سال، ایران را در شمار بهترین کشورهای جهان در زمینه تولید انرژی خورشیدی قرار داده است. با بهره‌گیری از معادن، سیلیس تبدیل به فلز سیلیسیوم با خلوص ۹۹ درصد می‌شود و می‌تواند برای تولید سلول‌های خورشیدی مورد استفاده قرار گیرد. شهرک سیلیکون و نانوتکنولوژی بروجرد با هدف ایجاد و تکمیل زنجیره ارزش‌افزوده صنعت سیلیکون شکل گرفته و به همین دلیل هدف اول ساخت این مجموعه، تولید سلول‌های خورشیدی است. در حال حاضر چین بزرگترین تولیدکننده سیلیکون جهان است و پس از این کشور روسیه، آمریکا و نروژ جایگاه‌های بعدی را در اختیار دارند. در سطح جهانی تخمین زده می شود که سالانه حدود ۹۶۲،۰۰۰ تن محصولات سیلیکونی برای استفاده در بخش انرژی در منابع انرژی تجدیدپذیر مانند صفحات خورشیدی و توربین های بادی و همچنین در منابع انرژی سنتی مانند نفت، گاز و برق مورد استفاده قرار می گیرند.

پنل‌های خورشیدی به سادگی مجموعه‌ای از سلول‌های خورشیدی هستند که خود معمولاً از چندین لایه سیلیکون تشکیل شده‌اند که روی لایه‌ای مانند شیشه یا پلاستیک قرار گرفته‌اند. تنوع خاصی از سیلیکون که در ساخت سلول های خورشیدی استفاده می شود می تواند تا حد زیادی متفاوت باشد. از سیلیکون تک کریستالی تا سیلیکون روبانی.
تفاوت بین این اشکال سیلیکون به نحوه تشکیل آنها و در نتیجه مجموعه ای از ساختارهای شیمیایی مختلف است که همه آنها به بهترین وجه برای تعدادی از کاربردهای فردی مناسب هستند. بنابراین برخی از این انواع سیلیکون نسبت به سایرین برای عملکرد کارآمد پنل های خورشیدی مناسب تر هستند. برخی از آنها برای کارایی فوق الذکر استفاده می شوند، در حالی که تولید برخی از آنها ارزان تر از دیگران است. از سیلیکون ها به عنوان چسب های رسانا و محصور کننده در ساخت پنل های خورشیدی استفاده می شوند. مقاومت آنها در برابر اشعه ماوراء بنفش و تغییرات دما و شفافیت برتر، راندمان پنل را بهبود می بخشد، در حالی که خواص مکانیکی و شیمیایی آنها هزینه های تعمیر را کاهش می دهد و طول عمر پنل ها را طولانی تر می کند. از سیلیکون ها همچنین به عنوان مواد چسبنده و روان کننده در ساخت توربین های بادی استفاده می شود. سیلیکون ها دوام و مقاومت در برابر آب و هوای تیغه های روتور را افزایش می دهند. با بهبود دوام و استحکام، سیلیکون ها توربین های بادی بزرگتر را با پتانسیل انرژی بیشتر تسهیل می کنند. روان کننده های سیلیکونی به کاهش هزینه های نگهداری توربین و به حداکثر رساندن بهره وری انرژی کمک می کنند. سیلیکون ها به عنوان عایق در کابل های زیرزمینی مورد استفاده برای انتقال و توزیع برق و ترانسفورماتورها استفاده می شوند. سیلیکون ها عمر کابل های زیرزمینی را تا ۲۰ سال افزایش می دهند و به جلوگیری از گزینه های گران تر مانند جایگزینی یا جوان سازی کمک می کنند. آب گریزی سطح سیلیکون ها، محافظت طولانی مدت در برابر جریان های نشتی و فلاش اوورها را فراهم می کند. این امر در ترکیب با قابلیت اشتعال کم، قابلیت اطمینان منبع تغذیه را افزایش می دهد و منجر به افزایش ایمنی می شود. استفاده از سیلیکون در ترانسفورماتورها دوام انتقال برق را افزایش می دهد و از قطع برق جلوگیری می کند.

از سیلیکون در زیرساخت انرژی در صنعت نفت و گاز، نیز استفاده می شود. سیلیکون ها پرمصرف ترین مواد ضد کف هستند زیرا امکان استخراج بالاتر نفت و گاز، کاهش مصرف آب و افزایش راندمان را فراهم می کنند. سیلیکون ها همچنین در کمک به حفظ توان و تولید در چاه ها، دکل ها، پالایشگاه ها و حمل و نقل نفت با جلوگیری از نشت روغن و آسیب به تجهیزات پایین دست، صرفه جویی می کنند.