Ist FBR-Polysilizium eine Lösung für den französischen Markt?

Angesichts der Turbulenzen, mit denen der Polysiliziummarkt konfrontiert ist, richten wir den Fokus auf Polysilizium, das im FBR-Verfahren hergestellt wird und uns heute als die am besten geeignete Lösung für die Versorgung des französischen Marktes mit CO₂-armen Modulen erscheint.
 

Die Herstellung von Polysilizium kann durch drei wesentliche Reinigungsverfahren erfolgen: das Siemens-Verfahren, das mit über 95 % der weltweiten Produktion am weitesten verbreitet ist, das FBR-Verfahren (Kapazität von 15 000 MT im Jahr 2019) sowie das Direktverfahren (Elkem) mit einer Kapazität von 3 000 MT.
 

Methoden zur Reinigung von Polysilizium durch das FBR-Verfahren:

 

Was ist das FBR-Verfahren?
 

Das FBR-Verfahren oder Fluidized-Bed-Reactor-Verfahren.
 

Wie funktioniert das?
 

„Silizium-Keime“ werden in eine Kammer eingebracht, die von einem heißen, hochreinen Silangas durchströmt wird.

Der Gasstrom „fluidisiert“ die Siliziumkeime, die nach und nach wachsen, während sich das Silangas zersetzt und Siliziumschichten auf ihnen ablagert: eine katalytische Reaktion.

Die „Keime“ werden immer größer und schwerer, bis sie die Kammer verlassen, sobald sie die erforderliche Größe erreicht haben.
 

Die Eigenschaften und Vorteile des FBR-Verfahrens:
 

• Verfahren: Das FBR-Produktionsverfahren für Polysilizium ist ein linearer (kontinuierlicher) Prozess, im Gegensatz zum Siemens-Verfahren, das auf Chargenproduktion beruht und das Anhalten sowie Wiederanfahren der Reaktoren erfordert.
• Rohstoffe: Silan
• Energie: geringer Energieverbrauch. Das FBR-Verfahren benötigt im Durchschnitt nur 12 kWh pro kg erzeugtem Material, gegenüber 60 kWh/kg bei Siemens-Polysilizium.
• Produktionskosten: Durch Optimierungen des Herstellungsprozesses und dessen Einsatz im größeren Maßstab lassen sich heute Produktionskosten erreichen, die nahe an denen des Siemens-Verfahrens liegen. Diese Verbesserung wird sich mit dem Ausbau der geplanten Produktionskapazitäten im Jahr 2020 weiter fortsetzen (GCL plant, seine FBR-Kapazität bis Ende 2020 auf 10 000 MT und bis Ende 2021 auf 30 000 MT zu erweitern).
   

*8,5 USD/kg = geschätzte Kosten für GCL FBR – Quelle: BloombergNEF 2019
 

Herausforderungen 
 

Um die Wettbewerbsfähigkeit dieses Verfahrens zu gewährleisten, war es erforderlich:

• Von einer Pilotproduktion zur industriellen Produktion überzugehen. Dies stellte eine große Herausforderung dar, da sich die Strömungsdynamik bei größerem Maßstab verändert.
• Die Probleme der metallischen Kontamination der Reaktorwände zu lösen, die die Qualität des gewonnenen Polysiliziums beeinträchtigten.
• Die Menge des entstehenden Polysiliziumstaubs zu reduzieren, da dieser von den Ingotherstellern kaum oder gar nicht genutzt werden kann.
• Polysilizium mit einer ausreichenden Reinheit für gegossene Mono- und einkristalline Ingots herzustellen.
   

Die Herausforderungen: die Kapazitäten und gleichzeitig die Reinheit des gewonnenen Materials zu erhöhen.
 

Die anderen Verfahren zur Reinigung von Polysilizium:
 

Das Siemens-Verfahren
 

• Verfahren: Chargen- oder Schleifenprozess. Die Methode zur Rückgewinnung des Siliziums erfordert das Abschalten und erneute Hochfahren der Reaktoren zwischen jedem einzelnen Batch.
• Rohstoffe: Trichlorsilan und Wasserstoff
• Energie: Ein sehr energieintensiver Silizium-Abscheidungsprozess in den Reaktoren (CVD). Verbrauch von 60 kWh/kg. Die CO₂-Bilanz ist daher höher.
• Produktionskosten: Zwischen 7 und 8 USD/kg.
   

Direktes metallurgisches Verfahren:
 

Diese alternative Methode, die von ELKEM (heute REC Solar Norway) entwickelt wurde, wurde bei französischen Ausschreibungen stark nachgefragt. Sie profitiert von einer geringen CO₂-Belastung, die auf den moderaten Stromverbrauch und die norwegische Produktion zurückzuführen ist. Allerdings zählen die begrenzte Kapazität und die hohen Produktionskosten wahrscheinlich zu den Gründen für die Einstellung der Produktion im Juli 2019.

Wir hatten dieses Verfahren und seine Grenzen für den Markt der CRE-Ausschreibungen bereits in unserem Artikel erwähnt: CO₂-IMPAKT & CRE-AUSSCHREIBUNGEN – CO₂-arme Beschaffung: die norwegische Frage.
 

Der Polysiliziummarkt ein Markt, der starken Turbulenzen unterliegt:
 

Der Handelskonflikt, der sich Ende 2017 in der Polysiliziumproduktion abzeichnete (« Rec silicon sees 38 % sales increase in q3 « ) hat sich konkretisiert:

Chinesische Industrieunternehmen haben ihre Produktionskapazitäten häufig in den Westen des Landes verlagert, wo günstigere Stromkosten verfügbar sind. Dadurch konnte der Selbstkostenpreis für chinesisches Polysilizium von 13 USD/kg im Jahr 2017 auf einen durchschnittlichen Produktionskostenwert von unter 8,7 USD/kg im Jahr 2019 sinken (siehe Tabelle Abb. 4 oben).

Angesichts des Kostendrucks haben zahlreiche Hersteller ihre Produktion schrittweise eingestellt:

So stellte beispielsweise REC Solar Norway (Elkem-Verfahren), das seine Produktion im Juli 2019 eingestellt hatte, ebenso wie REC Silicon in Moses Lake seine Aktivitäten im Herbst ein (« Rec silicon prepared to power down the rest of its operation »). Was OCI betrifft, so kündigten sie die Aussetzung ihrer Produktion zum 20. Februar an (« S. Korean top polysilicon maker OCI to close domestic production » siehe auch « Is this the end for Korean polysilicon? »).