Norsk silisium-produksjon på høygir

Av: Birgitte Henriksen | Publisert: 3. Apr 2017 | Kategori: Infrastruktur

Norsk silisium-produksjon på høygir

Werner Filtvedt (f.v.), Hallgeir Klette og Sverre Sørensen i Dynatec Engineering foran Dynatec-reaktoren på Kjeller. Foto: Dynatec

Norge har gode forutsetninger for å levere renest mulig råvarer til verdens solcelleproduksjon. Men selv om norsk produksjon ligger i tet akkurat nå, har man ikke tid til å hvile på laurbærene.

Det sier Erik Marstein som både leder Norges største forskningssenter på solenergi, Research Center for Sustainable Solar Cell Technology, og er forskningsleder ved Avdeling for Solenergi på Institutt for Energiteknikk, IFE, på Kjeller.

Selv om han mener solenergi alt i alt er en veldig ren måte å lage strøm på, er det viktig stadig å videreutvikle produksjon av solcellepaneler i en mer energieffektiv og miljøvennlig retning.

– Vi bygger vanvittig mye av det, og skal bygge vanvittig mye mer. Det er viktig hele tiden å strekke seg lenger, og alt vi kan gjøre for å redusere miljøfotavtrykket vil være bra, sier han.

Vi var ganske sikre på at det ville bli en effekt, men om den var liten eller kjempestor, var vi usikre på

Selv om det finnes flere teknologier innen solenergi, er silisiumbaserte teknologier dominerende. Rent silisium til solceller kan fremstilles på forskjellige måter. Utgangspunktet er ren kvarts som blir raffinert til silisium av moderat renhet. Dette silisiummaterialet blir deretter gjort om til silangasser som raffineres videre før det igjen gros tilbake til et høyrent silisiummateriale som er rent nok til bruk i effektive solceller.

– Det er raffineringskapasiteten og -kvaliteten som er vanskelig, men vi har blitt gode på foredling. Norge har en lang tradisjon innen forskning og produksjon, og noen av de norske selskapene har brukt mye tid på utvikling av energigjerrige silisiumproduksjonsprosesser, sier han.

Det er to faktorer som spiller inn; Hvor energieffektiv prosessen for å gjøre om råmaterialet til rent silisium er, og hvor ren strømmen som brukes til dette er.

– På begge disse punktene er Norge og norske selskaper gode, poengterer han.

Billig

Marstein mener det er positivt at det er såpass mange norske selskaper som satser på sol.

– Det gjør at vi parallelt også har fått bygget opp et stort norsk forskningsmiljø. Det er et økosystem som fungerer, sier han.

Selv om Norge ligger langt fremme på energieffektiv produksjon, er det utfordrende å gjøre norsk silisium konkurransedyktig på verdensmarkedet.

Artikkelen fortsetter under bildet.

Infrastruktur - Erik Marstein, forskningsleder ved Avdeling for Solenergi på Institutt for Energiteknikk, mener at det er viktig å hele tiden strekke seg litt lenger for å gjøre produksjonen av solceller mest mulig miljøvennlig. Foto: Erik Burås/Studio B13

Erik Marstein, forskningsleder ved Avdeling for Solenergi på Institutt for Energiteknikk, mener at det er viktig å hele tiden strekke seg litt lenger for å gjøre produksjonen av solceller mest mulig miljøvennlig. Foto: Erik Burås/Studio B13

– Det må lages raskt og mye, og det må ha en ekstrem renhet. Samtidig må det være billig. Det er veldig krevende å lage et av verdens reneste industrimaterialer billig, men det er ingen som kjøper dyre solceller. Man må ha en kombinasjon av store volum, ekstrem renhet og lav pris. Akkurat nå er vi trolig best i verden, men vi vet at ingen av våre konkurrenter sitter stille, og de vil gjøre minst like lure ting. Vi må beholde forspranget, ellers er ingen interessert i at vi produserer. Så lenge solbransjen etterspør silisium, vil det alltid være behov for billigere, renere og bedre materiale. Her vil det være mer enn nok å jobbe med i lang tid.

Når det gjelder miljøvennlig produksjon som konkurransefortrinn, sier han:

– Du finner anbudsrunder som vektlegger renhet, men de aller, aller fleste kontraktene vinnes på pris.

Ny norsk metode

Blant dem som har kastet seg inn i kampen for å finne en best mulig måte å produsere silisium på, er Askim-bedriften Dynatec, som tradisjonelt har levert maskiner, ovner og utstyr til baking.

– Bakteppet for at vi gikk inn på et nytt område, var at vi hadde lyst til å gjøre noe som hadde stort potensiale, og som vi mente kunne gjøre en positiv forskjell. Grunnen til at det ble akkurat silisium, var at vi hadde en leveranse til en silisiumprodusent. Vi lærte litt om hvor komplisert silisiumproduksjon er, og hvor dyrt det er fordi det er komplisert. Vi syntes det var spennende, og begynte å se på verdikjeden og energiforbruk, forteller forsker i Dynatec Engineering, Werner Filtvedt.

Arbeidene startet i 2008. Den gangen visste de ikke hva de kom til å oppnå.

– Vi hadde ikke trodd at vi skulle komme frem til et så effektivt produkt, og klare å flytte grensene som er opplest og vedtatt. Det er 50 år siden sist det ble foreslått en metode.

Dynatec-reaktoren er en roterende ovn, der sentrifugalkraften gjør at silisium fra silangassen som spaltes i reaktoren setter seg på veggen, mens hydrogen spaltes av og stiger opp. Prosjektet fikk etter hvert støtte fra Forskningsrådet, og konseptet ble videreutviklet i samarbeid med IFE på Kjeller.

Eksplosivt

Ideen i seg selv var grensesprengende.

– Man sentrifugerer jo ikke silangass. Det er en eksplosiv gass, og når man varmer det opp til 700 grader, lyser det inne i kammeret. Det er vanskelig nok å holde en eksplosiv gass i et lysende kammer. Hvis man i tillegg tenker at dette skal rotere, bør man ha en god grunn. Det var veldig spennende å kjøre i gang første gang, og se om det fungerte. Men det gjorde det, sier Filtvedt.

Det er veldig krevende å lage et av verdens reneste industrimaterialer billig, men det er ingen som kjøper dyre solceller

Spenningen var først og fremst knyttet til effekten.

– Vi var ganske sikre på at det ville bli en effekt, men om den var liten eller kjempestor, var vi usikre på.
Dynatec-reaktoren har vist at det er mulig å gro silisium 40 ganger raskere enn Siemens-reaktoren, som er en av de to metodene som brukes i dag. I tillegg er den langt mer energieffektiv enn eksisterende metoder. I september fikk selskapet Innovasjonsprisen fra Forskningsrådet for sin banebrytende produksjonsmetode. Planen er at løsningen skal kommersialiseres i løpet av få år.

– Nå er vi i gang med et prosjekt med å bygge en fullskala industripilot. Den skal testes ut hos en sluttkunde om et års tid. Og så må vi vurdere hva slags produkter markedet egentlig vil ha; om de vil ha små eller store silisiumklumper, sier han.

Dynatec ønsker å få reaktoren ut på verdensmarkedet.

– Planen er å lage dem i Norge. Vi må jo bruke noen standardelementer, men alt vi kan bygge i Norge, skal gjøres her.