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海底捞“碲”会是太阳能进化的捷径吗?

07.07.2017
乔恩•梅杰
 
从深海海床采掘的高纯度碲矿是高效太阳能光伏板的核心原料。那么问题来了,减碳与海底环境保护,孰轻孰重?
 
大量稀有的碲矿藏惊现大西洋海底山脉(图片来源:Benson Kua)
 
科学家刚刚发现了大量碲矿藏,这种稀有金属是发展尖端太阳能技术的关键元素。作为太阳能领域的专家,我应该感到高兴。但问题在于:这次发现的碲矿位于海底,那里还未曾被人类打扰。
 
人们常常理想化地认为太阳能是一种完美的清洁能源。阳光直接转化成电能,不产生排放,没有石油泄漏或污染,完全清洁。然而,这种看法忽略了太阳能电池板的复杂生产程序。
 
太阳能发电的确清洁无污染,但生产太阳能发电设备所需的一些材料却是有毒或是稀有的。就拿碲化镉薄膜太阳能电池这一技术来说,其中就需要用到有毒的镉和稀有的碲化物。
 
碲化镉薄膜属于第二代“薄膜”太阳能电池技术,其光吸收能力远胜于目前大多数太阳能电池使用的晶硅,因此吸收层不需要像现在这么厚。一层仅千分之一毫米厚的碲化镉薄膜的光吸收率就能达到约90%。相比晶硅薄膜,碲化镉薄膜价格低,易安装,且用料更少。
 
因此,碲化镉薄膜成为首个完成从实验室研究到大批量生产飞跃的薄膜技术。碲化镉太阳能电池组件目前约占全球太阳能设施的5%,且从某种角度来看其发电成本要比晶硅技术更低。
用贵金属造高效光伏板,合算吗?
 
但碲化镉薄膜的致命要害在于碲本身,它是地球上储量最稀少的金属之一。一项以如此稀有的金属为原料的技术,是否值得大规模开发,我们必须三思而行。
 
对这一问题的看法历来都有分歧。碲金属的储量是个大问题,但反对意见认为之所以稀少是因为从未有人积极寻找过新的碲储备。毕竟,铂和金也都是类似的稀有金属,但对珠宝和催化转换器(铂的主要用途)的需求令我们实际上总能到足够的铂和金。
 
位于非洲西北海岸附近的海底山脉:热带海底山被发现含有高纯度的碲矿。(图片来源:Google Earth)
 
大西洋海底山脉大量碲矿藏的发现仿佛证明了,需求会带动探矿的发展。据参与发现碲矿的MarineE-Tech项目的英国科学家证实,此次发现的碲矿石纯度尤其高。大多数碲都是铜矿开采的副产品,因此产量相对较低,而此次海底矿藏样本中的碲含量纯度比陆地上高出了5万倍。
 
采掘海底矿藏将会非常困难,且对环境构成极大的威胁。发现碲矿的海底山脉顶部位于海平面以下1000米,距离最近的陆地数百英里之遥。
 
即便在干燥的陆地上,采矿对环境而言也绝非好事,不仅迫使当地社区迁移,毁坏森林,给大地留下巨大的伤痕,而且无论如何防范,都极易导致地下水污染,
 
在深海又如何呢?考虑到这一过程涉及的技术挑战和海底原始生态系统,我认为大多数人都能直观地猜想到深海采矿可能带来的破坏性影响。难怪虽然巴布亚新几内亚等地沿海有开采的计划,但都还没有真正执行。事实上,没有迹象表明,近期内我们能够在如此深的海底采掘碲矿。
 
然而,这种资源的存在,或者说风力涡轮机、电动汽车电池这种依靠稀有材料或高风险工业流程的产品的存在,引出了一个有趣的问题:这些都是有用的低碳技术,但它们是否也需要遵守环境伦理?
 
如何看待光伏组件生产过程的污染?
 
常有人认为,从事可再生能源相关工作的人都是穿着凉鞋、热衷环保的左翼分子,但事实并非如此。毕竟,可再生能源行业现在很大,它的终极目标是取代化石燃料,所以我们有理由担心这种扩张可能会伴随着法规的松懈。
 
我们知道太阳能在根本上是好的,但我们真的能只看结果不看过程吗?或者更直白地说:如果大规模生产太阳能电池板的前提是开展与化石燃料行业规模类似的采矿和钻探,相关的隐患也不会少,这我们能忍受吗?
 
依我看,答案无疑是肯定的,我们别无选择。毕竟大规模使用太阳能仍能抹去我们的碳排放,有助于遏制全球变暖和随之而来的灾难。
 
令人欣慰的是,随着太阳能行业的日渐成熟,它的起点也更高、更环保。例如,碲化镉发电组件的成本之一便是材料的回收,像碲这样的稀有资源能够在电池板20多年的寿命到期后回收利用(相比之下,化石燃料发电过程中,原材料化为熊熊的火焰和大量的碳,无法回收)。
 
与石油或煤炭行业相比,太阳能电池板相关采矿造成的影响可能极小,但并非毫无影响。随着可再生能源技术的地位越来越重要,我们或许得调整自己的预期,把这一点也考虑进去。
 
在一定程度上,采矿寻找太阳能或风能所需的材料会造成破坏,一些工业生产过程也并非零污染。两害相权取其轻,这可能是我们必须接受的浮士德契约。很不幸,没有什么是完美的。
 
 
英文原文首发于对话(The Conversation)
翻译:金艳
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