自主創(chuàng)新讓我國(guó)多晶硅產(chǎn)業(yè)熠熠生輝

多晶硅，在日常生活中很多人對(duì)它并不陌生，太陽(yáng)能電池板、集成電路芯片等都是由其生產(chǎn)制作而成。然而，對(duì)于多晶硅的生產(chǎn)過程，很多人還停留在“高能耗、高污染”的印象。“沒技術(shù)，只按傳統(tǒng)工藝，污染能耗問題難以避免。但通過自主技術(shù)研發(fā)，我們?cè)诙嗄昵耙呀?jīng)實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)，多晶硅綜合能耗降低超過80%，并有效解決了污染問題。”中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司（下稱中國(guó)恩菲）副總工程師、多晶硅材料制備技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室主任嚴(yán)大洲說。

我國(guó)多晶硅產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展并不是一帆風(fēng)順的。據(jù)介紹，在我國(guó)自主研發(fā)的多晶硅生產(chǎn)技術(shù)誕生之前，美、日、德等國(guó)對(duì)中國(guó)實(shí)施技術(shù)封鎖，只能從國(guó)外進(jìn)口多晶硅原料。2007年堪稱中國(guó)“多晶硅元年”，當(dāng)年中國(guó)多晶硅產(chǎn)量首超千噸，洛陽(yáng)中硅高科技有限公司（下稱中硅高科）產(chǎn)量占一半以上。2008年，國(guó)外媒體針對(duì)我國(guó)多晶硅生產(chǎn)造成污染進(jìn)行了不實(shí)報(bào)道，輿論打壓剛剛興起的中國(guó)多晶硅產(chǎn)業(yè)。2010年，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)遭遇美、韓多晶硅低價(jià)傾銷。2012年又遭到了歐美對(duì)光伏終端產(chǎn)品的“雙反”制裁。經(jīng)過多年努力，如今，單就光伏產(chǎn)業(yè)而言，我國(guó)目前市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到3600億元，很多中國(guó)企業(yè)的光伏發(fā)電產(chǎn)品遠(yuǎn)銷海外。

逆境崛起

在行業(yè)內(nèi)，多晶硅有著“上帝賜給人類的寶石”的美稱。硅礦資源無毒無害，中國(guó)硅資源尤其豐富，金屬硅產(chǎn)量占世界2/3，自用僅1/4，其余全部出口。如今，多晶硅已成為信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)重要的原材料。

雖然我國(guó)擁有豐富的礦產(chǎn)資源，但在2005年以前，美、日、德等國(guó)家都將多晶硅作為戰(zhàn)略材料，對(duì)我國(guó)實(shí)施技術(shù)封鎖和市場(chǎng)壟斷，多晶硅需求幾乎全部依賴進(jìn)口。在技術(shù)受制于人的情況下，國(guó)內(nèi)多晶硅行業(yè)的生產(chǎn)水平、規(guī)模、成本、能耗、污染等問題備受詬病。

帶著對(duì)光伏行業(yè)巨大發(fā)展?jié)摿Φ念A(yù)期，中國(guó)恩菲的科研人員經(jīng)過多年的技術(shù)攻關(guān)，終于打破了國(guó)外壟斷，形成了中國(guó)特色的技術(shù)路線。據(jù)嚴(yán)大洲介紹，2005年，中國(guó)恩菲利用自主研發(fā)的技術(shù)在子公司中硅高科建成了國(guó)內(nèi)第一條年產(chǎn)300噸的多晶硅產(chǎn)業(yè)化示范線。2007年，國(guó)內(nèi)多晶硅產(chǎn)量超過1000噸，盡管當(dāng)時(shí)相關(guān)技術(shù)和原材料還需進(jìn)口，但中國(guó)光伏發(fā)電板的產(chǎn)量已居世界第一位。2011年，國(guó)產(chǎn)多晶硅產(chǎn)量進(jìn)一步提升，促使太陽(yáng)能電池板產(chǎn)業(yè)鏈下游的硅成本大幅下降，促進(jìn)了全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

就在我國(guó)多晶硅產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展時(shí)，2012年，歐美國(guó)家對(duì)我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了“雙反”調(diào)查，使我國(guó)的光伏產(chǎn)品被攔在了歐美國(guó)家的國(guó)門之外。據(jù)嚴(yán)大洲介紹，歐美國(guó)家的多晶硅企業(yè)通過簽訂長(zhǎng)單合同鎖定大量客戶，保障利潤(rùn)長(zhǎng)期化，再通過簽訂短單合同低價(jià)打壓中國(guó)新興產(chǎn)業(yè)。幾番措施下來，2012年，我國(guó)多晶硅行業(yè)全產(chǎn)業(yè)虧損，40多家企業(yè)停產(chǎn)，大批從國(guó)外進(jìn)口的數(shù)十億元設(shè)備打了水漂。

海外市場(chǎng)受阻刺激了光伏內(nèi)需市場(chǎng)的快速發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整。隨著光伏內(nèi)需市場(chǎng)的快速啟動(dòng)，我國(guó)多晶硅產(chǎn)業(yè)肩負(fù)起了發(fā)展新能源的重任。

技術(shù)突圍

為了解決多晶硅生產(chǎn)的高耗能問題，中國(guó)恩菲的科研人員在大型節(jié)能還原爐系統(tǒng)研發(fā)上下了很大功夫。“節(jié)能還原爐系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)多晶硅產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)之一，是解決多晶硅大規(guī)模生產(chǎn)、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的根本途徑。”嚴(yán)大洲介紹，節(jié)能還原爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化，大幅提高了多晶硅節(jié)能還原爐單爐年產(chǎn)量，為萬(wàn)噸級(jí)多晶硅生產(chǎn)線和節(jié)能技術(shù)提供技術(shù)支撐。他表示，目前，還原反應(yīng)過程氣體單套裝置處理能力達(dá)到45000Nm3/h，多晶硅生產(chǎn)綜合電耗小于每公斤75千瓦時(shí)，生產(chǎn)每公斤多晶硅的蒸汽消耗低于30千克。這些綜合能源消耗數(shù)據(jù)代表著我國(guó)多晶硅生產(chǎn)技術(shù)已達(dá)到世界先進(jìn)水平。

在多晶硅生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生四氯化硅等副產(chǎn)物，以往的回收技術(shù)難以對(duì)副產(chǎn)物進(jìn)行有效處理，進(jìn)而容易對(duì)環(huán)境造成污染。“事實(shí)上，如果技術(shù)得當(dāng)、處理得好，將相關(guān)副產(chǎn)物繼續(xù)投入生產(chǎn)環(huán)節(jié)加以利用，通過物料內(nèi)部循環(huán)，就可以進(jìn)一步提高利用效率，解決污染問題。”嚴(yán)大洲介紹，“中國(guó)恩菲創(chuàng)造性地提出了反應(yīng)過程氣體梯級(jí)分離提純技術(shù)，采用‘加壓分離-吸收-解析-吸附-再生’工藝，實(shí)現(xiàn)了物料循環(huán)凈化，顛覆了傳統(tǒng)多晶硅生產(chǎn)技術(shù)把反應(yīng)過程氣體作為尾氣處理的技術(shù)路線，使多晶硅生產(chǎn)過程氣體的分離提純、再處理與循環(huán)利用率從25%提升到99.9%，單線尾氣處理能力達(dá)到每小時(shí)4.5萬(wàn)立方米，能耗與國(guó)外進(jìn)口技術(shù)相比進(jìn)一步降低了30%，實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)，大幅降低物料消耗和生產(chǎn)成本。”

多晶硅純度是衡量產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)，為此，中國(guó)恩菲從提高原料三氯氫硅的純度入手，攻克了高品質(zhì)多晶硅原料提純的難題，發(fā)明了三氯氫硅合成、高效篩板與填料組合的加壓精餾提純技術(shù)，將原料三氯氫硅的純度精餾至9N以上，研究了影響多晶硅品質(zhì)的幾十種微量組份及處理措施。

持續(xù)研發(fā)與提升多晶硅工藝技術(shù)及裝備水平，進(jìn)一步節(jié)能、減耗、降本是多晶硅行業(yè)生存和發(fā)展的唯一選擇，是獨(dú)立自主發(fā)展我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的必經(jīng)之路。嚴(yán)大洲表示，經(jīng)過8年的不懈努力和技術(shù)研發(fā)，如今我國(guó)多晶硅綜合能耗大大降低，市場(chǎng)價(jià)格由10年前的每噸325萬(wàn)元降低到如今的每噸9萬(wàn)元至12萬(wàn)元，自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)為我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

如今，以多晶硅為原料制造的光伏發(fā)電在農(nóng)村電氣化、通信行業(yè)、大型地面電站、光伏精準(zhǔn)扶貧等方面實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。嚴(yán)大洲舉例說，在眾多多晶硅應(yīng)用中，令人印象深刻的是在我國(guó)騰格里沙漠的邊緣有一處60MW光伏電站。起初建站時(shí)，這些太陽(yáng)能電池板下方還是一片沙漠。漸漸地，由于電池板遮擋日照，減少了地面水分蒸發(fā)，沙化嚴(yán)重的土地上慢慢長(zhǎng)出了草。后來，電站管理部門養(yǎng)了二十幾只羊吃草，到如今羊群已繁殖到上百只。光伏電站的建設(shè)，除了進(jìn)行發(fā)電外，還幫助當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)了生態(tài)修復(fù)，綠色養(yǎng)殖。