ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ РИСКИ ПРОИЗВОДСТВА СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ В УЗБЕКИСТАНЕ

АННОТАЦИЯ

Данная статья анализирует потенциальные экологические риски организации производства солнечных панелей в Узбекистане. Рассматриваются основные этапы производства поликристаллического кремния - ключевого компонента солнечных панелей - и их воздействие на окружающую среду. Исследование показывает, что производство поликремния является крайне энергоемким процессом, требующим 40-60 МВт·ч электроэнергии на тонну продукции. В условиях Узбекистана, где 85% электроэнергии вырабатывается тепловыми электростанциями, углеродный след производства составляет 60-90 тонн CO₂ на тонну поликремния. Основные экологические риски включают выбросы парниковых и токсичных газов, высокое потребление водных ресурсов и образование опасных отходов. Авторы предлагают меры по снижению рисков: внедрение энергоэффективных технологий, создание замкнутых производственных циклов, использование возобновляемых источников энергии и развитие технологий переработки отходов. Делается вывод о необходимости комбинированного подхода, сочетающего развитие локального производства с диверсификацией импорта.

ABSTRACT

This article analyzes the potential environmental risks of organizing solar panel production in Uzbekistan. The main stages of polycrystalline silicon production - a key component of solar panels - and their environmental impact are examined. The study shows that polysilicon production is an extremely energy-intensive process requiring 40-60 MWh of electricity per ton of product. In Uzbekistan's conditions, where 85% of electricity is generated by thermal power plants, the carbon footprint of production amounts to 60-90 tons of CO₂ per ton of polysilicon. The main environmental risks include greenhouse gas and toxic emissions, high water consumption, and hazardous waste generation. The authors propose risk mitigation measures: implementing energy-efficient technologies, creating closed production cycles, using renewable energy sources, and developing waste recycling technologies. The conclusion emphasizes the need for a combined approach that integrates local production development with import diversification.

Ключевые слова: производство поликремния, углеродный след, экологические риски, солнечная энергетика, возобновляемая энергия.

Keywords: silicon production, carbon footprint, ecological risks, solar energy, renewable energy.

Введение

Узбекистан, обладая значительным потенциалом в области солнечной энергетики, активно развивает этот сектор в течение последних нескольких лет. После энергетического кризиса 2023 года в республике был принят ряд правительственных программ и постановлений, направленных на строительство крупных и малых фотоэлектрических станций [7]. Валовой потенциал солнечной энергии в Узбекистане оценивается в 50 973 млн тонн нефтяного эквивалента. Однако к 2023 году было освоено лишь около 0,6 млн тонн нефтяного эквивалента, что составляет всего 0,3% технического потенциала [6].

В августе 2021 года в Кармандинском районе Навоийской области была запущена первая крупная солнечная фотоэлектрическая станция мощностью 100 МВт. В мае 2022 года аналогичная станция мощностью 100 МВт начала работать в Нурабадском районе Самаркандской области. К январю 2024 года компания «Masdar» завершила строительство трех фотоэлектрических станций (ФЭС) в Джизакской, Самаркандской и Сурхандарьинской областях общей мощностью 900 МВт. Компания China Gezhouba Group также окончила первый этап строительства двух ФЭС в Бухарской и Кашкадарьинской областях общей мощностью 1000 МВт. Планируется, что к 2030 году доля солнечной энергии в общем энергетическом балансе страны достигнет 6%.

На данный момент в Узбекистане используются импортные солнечные панели, преимущественно китайского производства. Однако в стране планируется создание собственного производства солнечных панелей.

В 2023 году в Янгиюле (Ташкентская область) запущен завод компании Enter Solar Green Energy по производству солнечных панелей, рассчитанный на выпуск оборудования мощностью до 200 МВт в год — это более 370 тысяч модулей. Производство базируется не только на сборке, но и включает обработку сырья, с перспективой перехода к использованию местных ресурсов [3].  Параллельно развивается проект по выпуску монокристаллического кремния — ключевого элемента фотоэлектрических панелей. Согласно инвестиционному предложению, размещение производства запланировано в Навоийской области. Проект ориентирован на выпуск более 1300 тонн высокочистого кремния в год с привлечением отечественного сырья, включая месторождения с доказанными запасами. Общий объем инвестиций оценивается в 675750 долларов США, а срок окупаемости — менее 4 лет. Продукция предназначена как для внутреннего потребления, так и для экспорта, учитывая высокий мировой спрос на солнечные технологии [5].

При участии южнокорейских компаний и поддержке Эксимбанка Кореи реализуется проект по созданию современного производства солнечных панелей в СЭЗ «Чиракчи» Кашкадарьинской области. Панируемая годовая мощность производства  составляет свыше 300 МВт [2].

Ожидается, что реализация этого предприятия приведет к сокращению импорта, удовлетворению внутреннего спроса за счёт локальной продукции и росту технологической автономии страны. Таким образом, Узбекистан не только развивает собственное производство солнечных панелей, но и стремится к технологической независимости за счёт локализации компонентов. Это открывает возможности как для внутреннего обеспечения возобновляемой энергетикой, так и для экспорта конкурентоспособной продукции.

Очевидно, что развитие собственного производстав является весьма перспективным, однако оно связано с рядом экономических, экологических и социальных рисков [12].

Из анализа существующих публикаций известно, что производство поликристаллического кремния сопровождается значительными экологическими рисками, связанными с выбросами вредных веществ, высоким энергопотреблением и образованием опасных отходов. Основные угрозы включают утечки и выбросы токсичных химикатов, высокую энергоёмкость процессов и загрязнение воды и воздуха.

Использование и хранение необходимых для процесса производства взрывоопасных и токсичных веществ (например, хлор, силан) создаёт риск утечек и аварий, что может привести к серьёзным последствиям для окружающей среды и здоровья работников [8, 16].

Производство поликремния считается крайне энергоемким процессом. Для производства одной тонны химически чистого поликремния требуется около 40–60 МВт·ч электроэнергии, а производство обычного металлургического кремния в электропечах требует до 15 МВт·ч на тонну. Электроэнергию как правило получают из ископаемого топлива, что приводит к значительным выбросам CO₂, SO₂, NOₓ и другим загрязнителям [11, 13, 14].

В процессе производства образуются промышленные стоки и твёрдые отходы, включая остатки кремния и побочные продукты химических реакций [11, 17]. Эти отходы представляют опасность для окружающей среды и представляют собой проблему с точки зрения утилизации.

Риски, связанные с производством солнечных панелей, зависят от региональных особенностей, поэтому должны оцениваться для каждого региона отдельно.

Для условий Узбекистана экологические риски, связанные с солнечной энергетикой, изучались в основном для процессов эксплуатации солнечных электростанций [1, 4], но не для производства панелей.

Поэтому целью данной статьи является анализ потенциальных экологических рисков организации производства солнечных панелей в Узбекистане.

Материалы и методы

Методы исследования включали анализ публикаций, нормативных документов и аналитических отчетов, посвященных производству поликремния, экологическим рискам и энергоемкости этого процесса. Особое внимание уделено изучению опыта стран-лидеров производства поликремния (Китай, США, Норвегия) с учетом их энергетической и экологической политики. Были рассмотрены основные аспекты жизненного цикла поликремния, включая источники сырья, потребление энергии и управление отходами.

Для оценки потенциала Узбекистана проведен анализ его ресурсной базы (кварцевый песок, уголь, возобновляемые источники энергии) и текущих экономических стратегий. Исследование учитывает региональные реалии, такие как дефицит водных ресурсов, доступность электроэнергии и возможные социальные эффекты. Применены методы сравнительного анализа для выявления основных рисков и преимуществ внедрения локального производства поликристаллического кремния в Узбекистане.

Результаты и обсуждение

В первую очередь необходимо оценить возможности Узбекистана в производстве поликремния.

Узбекистан обладает значительными природными ресурсами, необходимыми для производства поликристаллического кремния — ключевого сырья для солнечных панелей. Основным сырьем для поликремния является кварц, большие запасы которого имеются на месторождениях Карманинского (40 млн тонн), Азкамарского (2,6 млн тонн) и других. Также в стране имеются большие запасы угля и природного газа, используемых в карботермическом восстановлении кремния.

Географическое положение Узбекистана также является преимуществом. Страна находится на пересечении международных торговых маршрутов и имеет удобный доступ к рынкам Центральной Азии, Европы, Китая, Ближнего Востока и Индии. Близость к Китаю позволяет получить технологии и импортировать оборудование.

Производство поликремния может стать экспорт-ориентированной отраслью. Высокий спрос на солнечные панели и ключевые компоненты (поликремний) обусловлен стремлением стран мира перейти на чистую энергию. Учитывая региональную слабую конкуренцию, Узбекистан может занять нишу поставщика поликремния, как для солнечной, так и для микроэлектронной промышленности.

Производственные этапы и их воздействие на окружающую среду. Производство поликремния представляет собой сложный процесс с высоким уровнем энергозатрат и экологических воздействий на всех стадиях жизненного цикла. Процесс производства монокристаллов кремния показан на рис. 1.

Рисунок 1. Выращивание монокристаллического кремния

Основные этапы производства поликремния включают:

1. Добыча кварцевого песка (SiO₂). Этот этап связан с разрушением экосистем, загрязнением почв и водоемов при добыче руд, а также пылевым загрязнением воздуха.

2. Очистка до металлического кремния. Осуществляется с использованием электропечей, где происходит восстановление кварца углем (реакция карботермии). Энергоемкость составляет до 11–15 МВт·ч на тонну металлического кремния. На этой стадии генерируется большая часть выбросов углекислого газа при получении электроэнергии тепловым способом.

3. Переход к трихлорсилану (ТХС). Происходит взаимодействие кремния с хлором или соляной кислотой. Риски включают выброс токсичных хлорсодержащих соединений (например, хлороводорода) и энергоемкость процесса.

4. Извлечение химически чистого кремния - осуществляется путем разложения ТХС при высокой температуре на кремний высокой степени чистоты. Энергоемкость составляет до 40–60 МВт·ч на тонну поликристаллического кремния на финальном этапе.

5. Образование побочных продуктов и отходов и их утилизация. Производство сопровождается образованием высокотоксичных отходов, таких как хлорид кремния, остатки реактивов и металлов. Хлорид кремния при попадании в окружающую среду вреден для флоры и фауны, а его переработка требует дополнительной энергии.

Анализ энергозатрат и углеродного следа. Производство поликристаллического кремния невероятно энергоемко. Основная проблема заключается в том, что большая часть сырья производится в странах, где энергия поступает из углеродоемких источников. Энергозатраты по стадиям составляют [12, 13]:

- Добыча и очистка кварца: 11–15 МВт·ч на тонну металлического кремния.

- Производство трихлорсилана: до 20 МВт·ч на тонну.

- Получение чистого поликремния (CVD): 40–60 МВт·ч на тонну.

Углеродный след производства поликремния варьируется в зависимости от региона. Например, в Китае производство одной тонны поликремния приводит к выбросам около 200–400 тонн CO₂, поскольку 80% электроэнергии поступает из электростанций на угле. В странах Европы эти показатели значительно ниже, например, в Норвегии использование гидроэнергии снижает выбросы до 50–120 тонн CO₂ на тонну.

В условиях Узбекистана ситуация занимает промежуточное положение. Несмотря на усилия по развитию возобновляемых источников энергии, подавляющая часть электроэнергии, в том числе используемой для нужд индустриального производства, вырабатывается на тепловых электростанциях. По последним данным, около 85% всей электроэнергии в стране поступает от ТЭС, из которых примерно 85–90% работают на природном газе, а оставшаяся часть — на каменном угле. Возобновляемые источники и гидроэнергетика составляют менее 15% в общей структуре, и, как правило, не задействуются в производственных кластерах, ориентированных на тяжёлую промышленность.

С учётом такого профиля энергопотребления, средневзвешенный углеродный фактор для электричества, потребляемого на производстве поликремния, составляет порядка 0,51–0,53 т CO₂ на 1 МВт·ч. Таким образом, при среднем энергопотреблении 83 МВт·ч на тонну продукции, прямые выбросы составляют около 43 т CO₂. Однако с учётом дополнительных факторов — косвенных выбросов при производстве реагентов (например, трихлорсилана), логистики, охлаждения, обогрева помещений, а также потерь, связанных с технологической неэффективностью, — итоговый углеродный след возрастает до 60–90 т CO₂ на тонну поликристаллического кремния.

Это значение делает производство в Узбекистане более экологически приемлемым по сравнению с крупнейшими азиатскими производителями, но всё же уступающим европейским и скандинавским странам, активно использующим низкоуглеродные источники энергии. Потенциальное снижение углеродного следа возможно за счёт следующих мер: частичная интеграция солнечной и ветровой генерации в промышленное энергоснабжение, локализация цепочек поставок сырья, повышение энергоэффективности оборудования, а также внедрение замкнутых технологических циклов (в частности, повторное использование хлорсодержащих соединений в процессе осаждения).

Таким образом, в случае масштабирования производства кремниевых заготовок в Узбекистане, важнейшим условием экологической устойчивости отрасли становится модернизация энергетической инфраструктуры с приоритетом на декарбонизацию.

Влияние на окружающую среду. Производство поликремния связано с выбросами токсичных и парниковых газов. На этапе получения поликристаллического кремния, используются печи с температурой выше 1900 °C, что обычно достигается сжиганием топлива, такого как уголь, и приводит к выбросу диоксида углерода и других парниковых газов. В процессе восстановления кремния из диоксида кремния (SiO₂) с использованием углерода выделяется оксид углерода СО. Гексафторид серы (SF₆) используется в производстве и является одним из самых мощных парниковых газов, с потенциалом глобального потепления выше, чем у CO₂ [10]. Выбросы метана (CH₄), сопутствующего при карботермическом восстановлении кварца, усиливают парниковый эффект. Также в процессе производства образуются диоксид серы (SO₂) и оксиды азота (NOₓ). Отходы химических соединений, таких как хлорид кремния, часто попадают в водоемы, нарушая экосистему и вызывая токсическое воздействие на флору и фауну. Неправильная утилизация побочных продуктов может привести к разрушению почвенного покрова.

Производство поликремния и солнечных панелей требует больших объемов воды, что особенно критично для Узбекистана как засушливой страны с дефицитом водных ресурсов.

Таким образом, производство кремниевых панелей не только сопровождается выбросами опасных для окружающей среды веществ, но и способствует увеличению концентрации парниковых газов в атмосфере, что способствует глобальному потеплению. Для Узбекистана, испытывающего уже сейчас последствия изменения климата, этот фактор имеет весомое значение.

Рекомендации по снижению рисков. Современные исследования предлагают ряд мер по снижению экологических рисков: внедрение энергоэффективных технологий, оптимизация процессов очистки, повторное использование отходов, переход на возобновляемые источники энергии и развитие технологий «зелёной» переработки [9, 10, 11, 14, 16]. Особое внимание уделяется мониторингу и контролю выбросов, а также разработке новых методов утилизации и рециклинга кремниевых отходов.

К энергоэффективным технологиям относится, например, переход на такие методы, как хлорирование кварцевого песка в твёрдой фазе, что позволяет снизить энергозатраты и выбросы [14, 15].

Внедрение замкнутых производственных циклов, повторное использование водорода и переработка отходов способствуют снижению загрязнения и экономии ресурсов [9, 17].

Для снижения углеродного следа на этапе производства важно внедрить солнечную и ветровую энергетику в процесс производства. Использование возобновляемых источников энергии (например, гидроэнергии) может снизить общий экологический след на 46–62% [11]. 

Таким образом, при организации собственного производства солнечных панелей в Узбекистане необходимо учитывать все вышеперечисленные риски и связанные с их снижением экономические затраты. Привлечение иностранных инвесторов и технологических партнеров поможет внедрить более чистые и эффективные технологии. Организация замкнутого цикла с переработкой поликремния и других отходов позволит избежать экологических проблем. Инвестиции в образование, профессиональные тренинги и программы подготовки в сфере ВИЭ являются важными мерами.

При рассмотрении стратегического выбора между собственным производством солнечных панелей и их импортом из Китая, необходимо учитывать несколько ключевых факторов: экономические, экологические, социальные и инфраструктурные риски. Анализ показывает, что оба сценария имеют как преимущества, так и значительные риски, которые могут повлиять на успешное развитие солнечной энергетики в Узбекистане.

Таблица 1.

Сравнительный анализ рисков при собственном производстве поликремния с импортом из Китая

При этом следует отметить, что солнечные панели китайского производства также имеют высокий углеродный след. Таким образом, импорт подобных панелей увеличивает общий углеродный след проектов. Сравнение возможных рисков при организации собственного производства кремния для солнечных панелей с импортом из Китая представлено в табл. 1.

Заключение

Экологические риски производства поликристаллического кремния значительны, но могут быть существенно снижены за счёт внедрения энергоэффективных технологий, замкнутых циклов и перехода на возобновляемые источники энергии.

Собственное производство солнечных панелей в Узбекистане имеет долгосрочные преимущества, такие как снижение зависимости от импорта, создание рабочих мест и развитие технологий. Однако значительные инвестиции, высокая энергозатратность и экологические риски требуют тщательной проработки технологий и стратегий, включая увеличение доли возобновляемой энергии. Импорт солнечных панелей из Китая является экономически более привлекательным в краткосрочной перспективе, но создает зависимость от одного поставщика, подвергая страну экологическим и репутационным рискам. Таким образом, комбинированный подход, который включает создание локального производства параллельно с диверсификацией импорта, является оптимальной стратегией для Узбекистана.

Список литературы:

1. Абдурахманов Б.У., Очилдиев О.Ш., Гапиров А.Д. Проблема отвода земель под солнечные электростанции в Узбекистане // Universum: технические науки: научный журнал. – № 8(125). Часть 4., 2024, С. 14-19.
2. Ассоциация «Узэлтехсаноат». Финальная презентация проекта по производству солнечных панелей в СЭЗ «Чиракчи» // Узэлтехсаноат. – 2025. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://uzeltech.uz (дата обращения: 08.07.2025).
3. Ерзиков В. Где в Узбекистане запустят производство солнечных панелей // Курсив. – 2023. – 16 мая. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://uz.kursiv.media/2023-05-16/gde-v-uzbekistane-zapustyat-proizvodstvo-solnechnyh-panelej/ (дата обращения: 08.07.2025)
4. Очилдиев О.Ш., Абдурахманов Б.У. Оценка вклада солнечной энергетики в республике Узбекистан в увеличение дефицита воды // Материалы республиканской научно-технической конференции "Respublikamizda ekologiya va hayot faoliyati xavfsizligi muammolari va yechimlari", Термез, 2024. - С. 17-22.
5. Производство монокристаллического кремния для солнечных батарей: Инвестиционное предложение. – Ташкент: МИВТ РУ, 2020. – 35 с. [PDF-документ].
6. Проекты по внедрению солнечной энергетики в Узбекистане (2023). https://anhor.uz/vzglyad-iznutri/solar-energy-projects/ Дата обращения 07.01.2024
7. Энергетический кризис в странах Центральной Азии и перспективы их сотрудничества с Россией // Россия и новые государства Евразии. 2023. № III (LX). С. 94-104 DOI: 10.20542/2073-4786-2023-3-94-104

8. Cao, W., Cai, W., Bo, C., Li, J., Gao, W., & Cai, M. (2023). Research on Temperature and Humidity Prediction Technology in Polysilicon Production Tank Farm. 2023 CAA Symposium on Fault Detection, Supervision and Safety for Technical Processes (SAFEPROCESS), 1-5. https://doi.org/10.1109/SAFEPROCESS58597.2023.10295611
9. Chuan-Bi, T. Study on Reusing Recovered Hydrogen in Polycrystalline Silicon Production. 2010.
10. De Jesus G., Rodrigues R. Study of the emission of polluting gases in the atmosphere due to the manufacture of photovoltaic cells in the production of solar plates. Journal of Engineering Research. 2023.  https://doi.org/10.22533/at.ed.3173282323089.
11. Fan M., Yu, Z., Li, L. Life Cycle Assessment of Crystalline Silicon Wafers for Photovoltaic Power Generation. Silicon, 2020. 13, 3177-3189. https://doi.org/10.1007/s12633-020-00670-4
12. Govorushko S.M. Solar power engineering and its environmental problems. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 4 (96) 2011.
13. Hernandez R. Solar energy development impacts on land cover change and protected areas. PNAS. November 3, 2015, vol. 112, no. 44. pp. 13579–13584.
14. Kritskaia T., Sukach M., Bazhenov Y. Silicon from sand is a promising technology for producing silicon of semiconductor quality. Transfer of innovative technologies. 2023. https://doi.org/10.32347/tit.2022.51.0203
15. Kritskaya T., Schwartzman L., Dodonov V., Kravtsov A.. New directions of modernization of silicon technology of semiconductor purity. 2020. https://doi.org/10.29003/m1549.silicon-2020/29-34
16. Ramírez-Márquez, C., Villicaña-García, E., Cansino-Loeza, B., Segovia‐Hernández, J., & Ponce-Ortega, J. Inherent occupational health hazards in the production of solar grade silicon. Process Safety and Environmental Protection, 2020, 142, 285-294. https://doi.org/10.1016/j.psep.2020.05.031
17. Yang, F., Yu, W., Wen, J., Jiang, W., & Emmanuel, N. Oxygen removal and silicon recovery from polycrystalline silicon kerf loss by combining vacuum magnesium thermal reduction and hydrochloric acid leaching. Journal of environmental management. 2023, 338, 117829. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.117829