كيف يؤثر إعادة تدوير معدن السيليكون 411 على البيئة؟

مرحبًا يا رفاق، دعونا نتحدث عن شيء ربما لا يكون في قمة اهتماماتكم عندما تفكرون في التكنولوجيا أو البناء أو حتى علبة الصودا التي في أيديكم - ولكنها ستغير قواعد اللعبة بالنسبة لكوكبنا: إعادة تدوير معدن السيليكون 411. لقد كنت أعمل كمورد لمعدن السيليكون 411 لأكثر من عقد من الزمان، واسمحوا لي أن أخبركم، أن معظم الناس لا يدركون مدى تأثير هذه الأشياء على البيئة - خاصة عندما نقوم بإعادة تدويرها أو، كما تعلمون، لا نفعل ذلك. إذا كنت قد تساءلت يومًا عن سبب اهتمام شركات مثلنا (لن أذكر أسماءنا، لكننا الأشخاص الذين يقفون وراء منتجات معدن السيليكون التي تراها في كل شيء بدءًا من قطع غيار السيارات إلى الألواح الشمسية) بإعادة التدوير، فاستمر في ذلك. هذه ليست مجرد كلمة طنانة أخرى "لإنقاذ الكوكب" - إنها علم حقيقي، وتأثير حقيقي، وشيء رأيناه يؤتي ثماره بشكل مباشر على مر السنين.

أولاً، دعونا نتفق على نفس الصفحة: ما هو معدن السيليكون 411؟ بالنسبة لأولئك الذين ليسوا في الصناعة، يعد معدن السيليكون مادة أساسية تستخدم في الكثير من الأشياء التي تتفاعل معها يوميًا. إنه يتمتع بمزيج مثالي من التوصيل والمتانة مما يجعله لا يمكن استبداله بسبائك الألومنيوم والخلايا الشمسية وأشباه الموصلات وحتى منتجات السيليكون مثل السد أو حصائر الخبز. و411 درجة على وجه التحديد؟ هذا هو العمود الفقري، فهو يحتوي على 98.5% من السيليكون، مع كميات صغيرة من الحديد والألومنيوم والكالسيوم (ومن هنا رمز "411"، الذي يشير إلى مستويات الشوائب). إذا كنت ترغب في التعمق في الدرجات والاستخدامات المختلفة، فاطلع على صفحتنا الخاصة بالمحتوى المتنوع لمعدن السيليكون لمعرفة كيفية تكديس 411 مع الأنواع الأخرى، ولكن في الوقت الحالي، اعرف فقط أن هذه هي الدرجة التي نتعامل معها كثيرًا في التطبيقات الصناعية.

الآن، هذا هو الأمر: معدن السيليكون ليس لانهائيًا. يؤدي تعدين المواد الخام (الكوارتز في الغالب) إلى خسائر فادحة في الأرض، فنحن نتحدث عن قطع الغابات، وتعطيل النظم البيئية، وحفر الجبال، واستخدام أطنان من الطاقة لتسخين الكوارتز إلى درجات حرارة عالية جدًا في الأفران (مثل 1900 درجة مئوية، للسياق). وتطلق هذه العملية وحدها طنًا من الغازات الدفيئة، ناهيك عن نفايات التعدين التي تسمى "مخلفات" والتي يمكن أن تلوث مصادر المياه. لذا، عندما نتمكن من إعادة تدوير معدن السيليكون 411، فإننا نتخطى كل تلك الأضرار الأولية تقريبًا. ولكن كيف يؤثر ذلك بالفعل على البيئة؟ دعونا كسرها.

أولاً، توفير الطاقة، وهذا أمر كبير. لقد أجريت الحسابات مائة مرة مع فريقنا الهندسي: إنتاج طن واحد من معدن السيليكون البكر 411 يتطلب ما يقرب من 11-13 ميجاوات/ساعة من الكهرباء. وهذا يكفي لتشغيل منزل متوسط ​​في الولايات المتحدة لأكثر من عام. إعادة تدوير نفس الكمية؟ نحن نتحدث عن 2-3 ميجاوات في الساعة. وهذا يمثل انخفاضًا بنسبة 75٪ في استخدام الطاقة. والطاقة الأقل تعني انبعاثات أقل من محطات الطاقة، سواء كانت تعمل بالفحم، أو الغاز الطبيعي، أو حتى مصادر الطاقة المتجددة - على الرغم من أنه من الواضح أنه كلما استخدمنا مصادر الطاقة المتجددة، كلما كان هذا الفوز أكبر. أتذكر مشروعًا قبل بضع سنوات حيث عقدنا شراكة مع إحدى شركات تصنيع الألومنيوم (نظرًا لأن معدن السيليكون 411 هو مادة مضافة رئيسية لسبائك الألومنيوم - راجع معدن السيليكون المستخدم للألمنيوم لمعرفة المزيد عن ذلك) والتي حولت 30% من السيليكون الخام إلى 411 المعاد تدويره. انخفضت البصمة الكربونية لمصنعهم بنسبة صادمة بلغت 22% في عام واحد فقط. وهذا ليس رقمًا أخرجته من فراغ، فقد رأيناه بنفسي، ولهذا السبب ندفع بإعادة التدوير بقوة.

التالي، الحد من النفايات. عندما تقوم بتعدين السيليكون البكر، فإنك لا تحصل على السيليكون النقي فحسب، بل تحصل أيضًا على طن من المنتجات الثانوية، وينتهي الكثير منها في مدافن النفايات. المخلفات الناتجة عن تعدين الكوارتز تكون ناعمة وبودرة ويمكن أن تتسرب إلى المياه الجوفية إذا لم يتم احتواؤها بشكل صحيح. بعد ذلك، عندما تتم معالجة السيليكون البكر، تكون هناك قصاصات من السبائك والأجزاء المعيبة والغبار الناتج عن الطحن. في الماضي، تم رمي معظم تلك الخردة. لكن خردة معدن السيليكون 411 هي في الواقع قيمة للغاية لأن تركيبها الكيميائي هو بالفعل تقريبًا الدرجة التي تحتاجها. يمكن صهر هذه الخردة وتنقيتها قليلًا وإعادة استخدامها، دون الحاجة للعودة إلى المنجم. يقوم أحد عملائنا الجدد بتصنيع كتل السيليكون عالية النقاء (راجع Metal Block High Purity Silicon Block للتعرف على خطهم) ويقوم الآن بإعادة تدوير 90٪ من خردة الإنتاج الخاصة بهم. وكانوا يرسلون 50 طنًا شهريًا إلى مكب النفايات؛ الآن عاد كل هذا إلى خط الإنتاج الخاص بهم. وهذا يعني أن المواد التي تشغل مساحة أقل بمقدار 50 طنًا، وتقليل خطر تلويث تلك المخلفات للمياه المحلية.

انتظر، ولكن ماذا عن عملية إعادة التدوير الفعلية نفسها؟ فهل هذا أفضل من التعدين؟ لنكن واقعيين، لا توجد عملية صناعية صديقة للبيئة بنسبة 100%، ولكن إعادة تدوير معدن السيليكون أكثر نظافة بكثير. الخطوات الرئيسية هي: جمع الخردة (عادة من الشركات الصناعية، حيث أن معظم معدن السيليكون في المنتجات الاستهلاكية لا يزال قيد الاستخدام)، وفرزها لإزالة الشوائب (مثل بقايا الألومنيوم أو البلاستيك من الأجزاء التي تم خلطها بها)، وصهرها في الفرن (في درجات حرارة أقل من المعالجة الأولية، وهذا هو سبب توفير الطاقة)، ​​وتنقيتها مرة أخرى إلى مواصفات معدن السيليكون 411. الانبعاثات الكبيرة هنا تأتي من وقود الفرن، ولكن بما أننا نستخدم طاقة أقل بكثير، فهذا يعد مكسبًا صافيًا. كما استثمرنا أيضًا في تقنيات لالتقاط الكمية الصغيرة من غبار السيليكا المنبعثة أثناء الذوبان، وبالتالي تقليل تلوث الهواء. منذ بضع سنوات، قمنا بتحديث منشأة إعادة التدوير الخاصة بنا باستخدام نظام تجميع الغبار الذي يقلل من انبعاثات الجسيمات بنسبة 85%. هذا هو نوع التغيير الملموس الذي لا تسمع عنه في العناوين الرئيسية، ولكنه ما يحدث فرقًا حقيقيًا في جودة الهواء المحلي.

ولكن هنا تكمن المشكلة: لم يتم إنشاء كل معدن السيليكون 411 بشكل متساوٍ عندما يتعلق الأمر بإعادة التدوير. انتظر، لا، في الواقع، الأمر يتعلق بكيفية استخدامه. يعتقد الكثير من الناس أن معدن السيليكون الموجود في الألواح الشمسية، على سبيل المثال، هو نفس معدن السيليكون الموجود في جزء محرك السيارة، لكن الشوائب تغير مدى سهولة إعادة التدوير. على سبيل المثال، غالبًا ما يستخدم مسحوق السيليكون Si Metal 98% 99% في الإلكترونيات الأكثر حساسية، لذلك فهو يتميز بدرجة نقاء أعلى - ولكن من الصعب أيضًا فصله عن المواد الأخرى عندما يكون في منتج. ومع ذلك، فإن معدن السيليكون 411 مخصص في الغالب للاستخدامات الصناعية حيث يتم مزجه مع معادن أخرى (مثل الألومنيوم) أو استخدامه بكميات كبيرة، لذلك تكون الخردة أسهل في المعالجة. ولهذا السبب نركز كثيرًا على إعادة تدوير 411 - فتركيبته تجعله أكثر قابلية لإعادة التدوير من بعض الدرجات الأخرى، مما يعني أنه يمكننا زيادة هذه المدخرات بشكل أسرع.

فوز بيئي كبير آخر: الحد من استخدام المياه المرتبطة بالتعدين. يستخدم إنتاج السيليكون البكر طنًا من الماء لمعالجة الكوارتز ولتبريد الأفران. لا تستخدم عملية إعادة التدوير أي مياه تقريبًا مقارنة بذلك. أخبرني صديق يعمل في شركة تعدين أن مصنعهم يستخدم 1.2 مليون جالون من الماء يوميًا لإنتاج السيليكون البكر. مصنع إعادة التدوير لدينا؟ نستخدم أقل من 50 ألف جالون شهريًا. وهذا فرق هائل، خاصة في المناطق التي تندر فيها المياه مثل أجزاء من جنوب غرب الولايات المتحدة، أو المناطق التي يتركز فيها تعدين السيليكون في أماكن ذات مياه عذبة محدودة.

الآن، دعونا نتحدث عن بعض التحديات، لأن هذا ليس كاملاً. المشكلة الأكبر هي جمع معظم خردة معدن السيليكون 411 من النفايات الصناعية، ولكن الكثير من الشركات المصنعة ليس لديها أنظمة لفرز تلك الخردة وحفظها. فهم إما يخلطونها مع نفايات أخرى أو يرسلونها إلى الشركات التي لا تعالجها بشكل صحيح، فينتهي بها الأمر في مدافن النفايات. هناك أيضًا تلوث: إذا كانت الخردة تحتوي على الكثير من المواد الغريبة (مثل البلاستيك أو الزيت أو المعادن الأخرى)، فهي غير قابلة للاستخدام في درجة 411، لذلك يجب إعادة تدويرها أو رميها. ولهذا السبب نعمل بشكل وثيق مع عملائنا لمساعدتهم على إنشاء محطات فرز مناسبة - كما سنرسل فريقنا لتدريب موظفيهم على كيفية جمع خردة 411 وإعدادها لإعادة التدوير. إنه عمل إضافي، لكن الأمر يستحق الاحتفاظ بهذه المادة في الحلقة.

أريد أيضًا أن أتطرق إلى شيء أسمعه كثيرًا: "إعادة التدوير أمر جيد، ولكن هل يكفي؟" الإجابة المختصرة هي لا، ما زلنا بحاجة إلى تقليل الطلب الإجمالي على السيليكون البكر، ونحتاج إلى الاستثمار في ممارسات التعدين النظيفة. لكن إعادة التدوير جزء كبير من اللغز. وجدت دراسة أجرتها وكالة الطاقة الدولية عام 2022 أنه إذا قمنا بإعادة تدوير 30% من معدن السيليكون المستخدم في سبائك الألومنيوم (وهو جزء كبير من استخدامات 411)، فيمكننا خفض الانبعاثات العالمية المرتبطة بالسيليكون بنسبة 12% بحلول عام 2030. وهذا يعني توفير ملايين الأطنان من ثاني أكسيد الكربون، أليس كذلك؟ وإذا اضرب ذلك في الاستخدامات الأخرى - الطاقة الشمسية وأشباه الموصلات - فسيرتفع هذا العدد. إنها ليست رصاصة فضية، لكنها حاسمة.

كمورد، نحن لا نبيع Silicon Metal 411 فحسب، بل نحاول بناء اقتصاد دائري. ولهذا السبب نقدم لعملائنا خيارات: يمكننا أن نبيعهم خام 411 البكر، أو يمكننا الحصول على خام 411 المعاد تدويره من شبكة شركائنا الصناعيين. كما نقوم أيضًا بإعادة شراء خردةهم بأسعار عادلة، لذلك يعد ذلك منطقيًا من الناحية الاقتصادية بالنسبة لهم، وليس فقط منطقيًا من الناحية البيئية. لأننا لنكن واقعيين، إذا كان إرسال الخردة إلى مكب النفايات أرخص من بيعها، فسوف يفعلون ذلك. لقد غيرنا تلك المعادلة، وهذه هي الطريقة التي تحرك بها الإبرة.

لقد كنت أفعل هذا لفترة كافية لرؤية التحول. قبل عشر سنوات، كانت إعادة تدوير معدن السيليكون 411 بمثابة فكرة لاحقة. الآن، كل عميل أتحدث معه يسألني عن ذلك. إنهم يرون أهدافهم الخاصة للحد من الكربون، ويطالب عملاؤهم بمواد أكثر استدامة، ويدركون أن إعادة التدوير توفر لهم المال أيضًا. إنه ليس مجرد شيء "أخضر" - إنه شيء تجاري ذكي.

إذا كنت شركة مصنعة تستخدم معدن السيليكون 411 (سواء للألمنيوم أو الطاقة الشمسية أو أي تطبيق آخر)، فمن المحتمل أنك بدأت في التفكير في التأثير البيئي الخاص بك. يمكننا المساعدة. سواء كنت تتطلع إلى التحول إلى 411 المعاد تدويره، أو إعداد نظام لجمع الخردة، أو مجرد معرفة المزيد حول كيفية عمل إعادة التدوير، فنحن هنا للعمل معك. لدينا جميع الموارد التي تحتاجها - بدءًا من صفحاتنا على Cru Silicon Metal إلى أدلةنا حول درجات السيليكون المختلفة - ونود أن نتحدث حول كيف يمكننا أن نجعل عملياتك أكثر استدامة.

مراجع

1. وكالة الطاقة الدولية (IEA). (2022).سلاسل توريد معدن السيليكون والتخفيف من آثار تغير المناخ. باريس: منشورات الوكالة الدولية للطاقة.
2. وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA). (2021).إعادة التدوير الصناعي للمعادن غير الحديدية: دراسات حالة لمعدن السيليكون. واشنطن العاصمة: مكتب وكالة حماية البيئة لإدارة المواد المستدامة.
3. تشانغ، L.، وآخرون. (2020). "توفير الطاقة والانبعاثات من إعادة تدوير معدن السيليكون 411 في إنتاج سبائك الألومنيوم."مجلة البيئة الصناعية، المجلد. 24، لا. 5، ص 1123-1132.
4. جمعية صناعة السيليكون (SIA). (2023).ممارسات الاقتصاد الدائري لمواد السيليكون. واشنطن العاصمة: منشورات SIA.