Refinery for the Production of Solar Grade Silicon and Different Products of High Value Added

Abstract

La energía solar fotovoltaica al igual que otras energías renovables, constituye frente a los combustibles fósiles, una fuente inagotable de energía, contribuyendo al autoabastecimiento energético nacional y por lo tanto social, con un impacto ambiental comparativamente mucho menor que las fuentes convencionales de energía. Por lo anterior, es importante centrar la atención en la obtención de productos para elaboración de celdas solares. La obtención del silicio grado solar es sin duda, un proceso que presenta muchos inconvenientes, principalmente, en el costo para su obtención debido a que se requieren purezas bastante elevadas, en el impacto ambiental que representa la operación y construcción del proceso, la seguridad inherente innata a la materia y condiciones de operación en dicho proceso, y la salud ocupacional de los trabajadores. Por lo anterior en el presente trabajo se muestra el diseño y evaluación bajo diferentes indicadores, de un proceso novedoso de obtención de silicio grado solar, capaz de obtener al mismo tiempo diferentes productos de alto valor agregado; que pretende ser más rentable, con menor impacto ambiental, y seguro. Por ende, a lo largo del documento se exhiben un compendio de trabajos elaborados de manera secuencial que justifican el diseño, la evaluación de diferentes indicadores (económico, impacto ambiental, seguridad inherente, salud ocupacional), y la optimización del proceso para obtener el mayor rendimiento bajo las condiciones de operación ideales del proceso propuesto. En dichos trabajos se compara el proceso novedoso con los procesos existentes para la obtención de silicio grado solar (Siemens y Union Carbide), para tener una referencia real del potencial del proceso propuesto. La primera parte de los resultados mostraron valores de rentabilidad similares entre el Proceso Híbrido (15.21%) y el Proceso Unión Carbide (15.38%). En general, debido a la alta demanda del producto de interés y bajo la premisa de un proceso seguro, el Proceso Híbrido se puede elegir como una opción para su implementación industrial. Al optimizar el proceso novedoso para obtener el mayor rendimiento bajo las condiciones de operación se muestra que para maximizar la ganancia del proceso novedoso, se requiere un costo operativo de 6.46 M$/a. Las ganancias después de los gastos operativos, y considerando la venta de silicio grado solar y subproductos del proceso, son 10 M $/a, presentando un precio competitivo de silicio policristalino de 8.93 $/kg, por debajo del precio comercial estimado en 11 $/kg. Se concluye que el proceso propuesto es capaz de satisfacer la demanda futura, de una manera rentable, amigable con el medio ambiente y segura. Asimismo, los resultados muestran que con la refinería que produce tetraetoxisilanos y clorosilanos, además de la producción de polisilicio, el diseño propuesto reduce el costo del silicio policristalino a 6.86 $/kg, en comparación con el costo del silicio policristalino si la planta no genera subproductos de alto valor agregado, ambos por debajo del precio comercial.