在環保意識抬頭下,太陽能發電已被視為能源科技的顯學,一塊塊太陽能板在刺眼的陽光照耀下,都成為綠金的最佳代言人;確實,太陽能發電比石化燃料發電對環境傷害較小,但大部分人很少意識在製造電池的當下,所使用的電力、所排放的二氧化碳與污染,仍然會影響環境,而過去許多公安事件的發生,也證明那些我們坐享其成的太陽能電池,並非零污染零排碳,而是將環境成本轉嫁給生產國。美國聖荷西州立大學(San Jose State University)環境研究學教授Dustin Mulvaney發表於IEEE Spectrum網站的文章深入探討此問題。

從2008年開始,太陽能製造業從原本的產地歐洲、日本、美國,轉移至中國、馬來西亞、菲律賓與台灣,如今將近一半的太陽能電池都在中國生產,雖然帶動了當地產業的興起,卻也讓這些地區飽受污染之苦,並讓從事相關工作者身處危險的環境。

污染得從頭說起──從挖掘到精煉

要準確說明這些問題,必須從太陽能電池的製造談起。雖然產生太陽能電池的技術有很多種,但大部分都是從石英砂開始,先不說之後的提煉,光從礦山中挖取石英砂,就是從古至今對健康危害最深的職業之一,會讓礦工染上矽肺病(silicosis)。

石英砂挖掘出來後,首先透過電弧爐將石英砂還原成冶金級的矽(Metallurgical Grade Silicon, MGS),大多用於煉鋼,在這一階段中,需要輸入大量的能源來保持電弧爐的高溫,而所產生的二氧化碳與二氧化硫,對施作人員與環境危害較輕。

下一階段則是將冶金級的矽精煉,除去內部的雜質,讓矽的純度更高,精煉過程包括將氫氯酸(hydrochloric acid)加入冶金級的矽,進行氯化反應生成三氯氫矽(trichlorosilanes),之後加入氫氣進行一次性還原產生高純度的多晶矽(polysilicon),在整個過程中最多有25%的三氯氫矽會轉化為多晶矽,同時伴隨非常毒的附產品四氯化矽(silicon tetrachloride)產生,估計每生產一噸的多晶矽,會有3~4噸的四氯化矽。

大部分的製造商會將四氯化矽回收再利用,因為所消耗的能源會比從最原始的原料(二氧化矽)來的少,所以回收四氯化矽能省錢;但有一好沒兩好,這些設備需要花費上千萬美元,因此一些業者會直接將附產品排放掉。當這種具強腐蝕性的有毒液體遇到潮濕空氣,馬上分解成矽酸和劇毒氣體氯化氫,會刺激人體眼睛、皮膚與呼吸道刺激,遇上星火則會爆炸,用於傾倒或掩埋四氯化矽的土地將變成不毛之地,樹木和草都無法生長。

當太陽能產業還沒那麼龐大時,太陽能電池所需要的矽主要來自晶片製造商所淘汰的矽晶片,半導體產業對矽的純度要求更高,因此要求較低的太陽能電池可接受它們的「淘汰品」,但當太陽能產業爆紅後,所需的矽已遠超過能接收到的,必須新建許多提煉工廠才夠用。然而很少有國家為四氯化矽設定嚴格的處理法則,擁有最多提煉廠的中國也不例外。

四氯化矽危害大

2008年華盛頓郵報就曾報導位於河南省的某多晶矽企業,不願意投資回收設備,而是將四氯化矽隨意傾倒於鄰近土地上,使該地區的農地無法種植作物,並讓附近居民的健康受到危害,報導指出這一家公司並非唯一一家這麼做的公司。

報導一發表,馬上引起大眾的激烈的反彈,也讓太陽能產業所標榜的「乾淨能源」形象蒙上一層灰,為了保護產業的聲譽,太陽能電池的生產商開始要求多晶矽供應商要做到環境保護責任,2011年中國也制定法規,規範供應商回收的四氯化矽至少要達到98.5%,之後情況逐漸改善。未來這些問題有望完全消失,因為美國國家可再生能源實驗室(National Renewable Energy Laboratory)正尋找以乙醇代替氯基化合物的方法,以避免產生四氯化矽。