Dynatec samarbeider med Instiutt for Energiteknikk (Ife) om utviklingen av en helt ny reaktor som skal gjøre det mye billigere å produsere silisium til solceller. Reaktoren viser etter sigende svært gode resultater. Her Hallgeir Klette ved Ife (t.v.), prosjektingeniør Sverre Sørensen i Dynatec og forskningsleder Werner Filtvedt. (Bilde: Peder Qvale)
Prosjektleder Hallgeir Klette ved Institutt for Energiteknikk (t.v.) viser frem silisiumet fra den nye reaktoren til forskningsleder Werner Filtvedt fra Dynatec. Insituttet og selskapet samarbeider om det de håper skal revolusjonere solcelleindustrien. Prosjektingeniør Sverre Sørensen i Dynatec i bakgrunnen. (Bilde: Peder Qvale)

SOLCELLER

Norsk gjennombrudd: Produserer 40 ganger raskere enn vanlige metoder

Etter ett år med testing, logging og pirking kom resultatene. De var bedre enn forventet.

SUPERRENT SILISIUM

Fremstilling av superrent silisium skjer stort sett ved hjelp av kjemisk damp­avsetning (CVD).

Det vil si at en silisium­holdig gass varmes opp til mellom 650–1100 grader, til et punkt der gassen dekomponerer og skiller ut silisium i fast form. Siemens-reaktoren bruker denne teknologien og står over 90 prosent av verdens silisiumproduksjon.

Problemet med Siemens-metoden er et svært høyt energiforbruk til kjøling i produksjonsprosessen, noe som må til for at silisiumavsetningen skal skje på ønskede flater.

Nå har Dynatec, en Askim-basert bedrift med 70 ansatte, og Institutt for Energiteknikk (Ife), utviklet en reaktor som bruker 90 prosent mindre energi for å produsere samme mengde silisium. Det kan redusere produksjonskostnadene dramatisk.

Prosjektet er støttet av Forskningsrådet.

#NORGEETTEROLJEN

  • Teknisk Ukeblad vil i en rekke artikler og reportasjer gi eksempler på bedrifter som med ny teknologi kan gi Norge nye arbeidsplasser utenfor oljenæringen.
  • Norge har i dag over 200.000 sysselsatte i oljeindustrien. Stadig mer av samfunnsdebatten dreier seg nå om hva Norge skal leve av om konsekvensen blir mindre oljevirksomhet. De nye norske vekstnæringene er utarbeidet i samarbeid med Norges forskningsråd og Innovasjon Norge.

Sakene så langt:

Solindustrien har gått gjennom enorme endringer de siste årene. Hvis vi skrur tiden tilbake til den 6. november 2007, var den norske waferprodusenten Renewable Energy Corporation (Rec) verdt hele 150 milliarder kroner.

Fire og et halvt år senere hadde kursen falt fra 220 til tre kroner, noe som betegnes som et av de største fallene på Oslo Børs. Noensinne.

I kjølvannet stengte selskapet alle fabrikkene sine i Norge, nærmere bestemt på Herøya, i Glomfjord og i Narvik.

Les også: Nå kan du få solceller på taket - uten at det synes

Finner opp kruttet på nytt

Grunnen var helt enkelt at det spratt opp alt for mange fabrikker over hele verden, spesielt i Kina, som produserte mer enn det solcelleprodusentene trengte.

Nå har imidlertid markedet snudd. Rec er på vei opp igjen, og her i Norge er det blant annet produksjon hos Elkem Solar Kristansand, Norsun i Årdal og Norwegian Crystals i Glomfjord.

Men på Kjeller, nærmere bestemt hos Institutt for energiteknikk (Ife), skjer det noe som kan være med på å revolusjonere hvordan man driver solcelleproduksjon.

Her samarbeider det Askim-baserte selskapet Dynatec Engineering med forskere om utviklingen av en ny reaktor som kan gjøre det mye billigere å produsere silisium. Silisium er materialet som brukes for å lage wafere, som senere blir installert i solceller.

Les også: Han er landets første boligeier som leverer strøm til nettet

Prosjektleder Hallgeir Klette ved Institutt for Energiteknikk (t.v.) viser frem silisiumet fra den nye reaktoren til forskningsleder Werner Filtvedt fra Dynatec. Insituttet og selskapet samarbeider om det de håper skal revolusjonere solcelleindustrien. Prosjektingeniør Sverre Sørensen i Dynatec i bakgrunnen. Peder Qvale

Fungerte meget godt

For to år siden besøkte Teknisk Ukeblad Ife for å se på den nye reaktoren. Målet til forskerne var da å bevise at prinsippet fungerte. Etter ett år med testing, logging og pirking, kom resultatene. De var bedre enn forventet.

– Dette hadde aldri blitt gjort før, og det var ikke gitt at det skulle fungere. Men det gjorde det, og vi har demonstrert at vi kan lage silisium med langt mindre energi enn det man har trodd har vært mulig til nå. Vi klarte også å få silisium som var rent nok til å brukes i solceller på første forsøk, noe vi ikke trodde på forhånd, sier forskningsleder Werner Filtvedt.

For to år siden sa han og kollegene at teknologien kunne revolusjonere solcelleindustrien. Det tror han enda mer på nå.

– Vi har produsert silisium opp til 40 ganger raskere enn man klarer med tradisjonelle metoder. Med vesentlig mindre energi. Dette kan være en revolusjon. Vi har enda bedre resultater denne gangen her, og alt har gått bedre enn forventet, sier han. 

Dynatec og Ife har nå bygget en ny reaktor som er 3,5 ganger større enn den første. Den skal gi svar på om prinsippene fungerer i industriell størrelse.

Les også: Verdens største solvarme-kraftverk griller fugler i luften

Som en vaskemaskin

Men hvordan fungerer egentlig teknologien?

Det første man trenger å vite er at det er én produksjonsmetode som dominerer i dag. Siemens-reaktorer står i dag for rundt 90 prosent av verdens silisiumproduksjon.

Flesteparten av disse bruker en metode som heter kjemisk dampavsetning (CVD).

Det betyr at man varmer en silisium­holdig gass opp til mellom 650–1100 grader, til et punkt der gassen dekomponerer og skiller ut silisium i fast form. Silisiumet fester seg på store staver som står i reaktorene.

Den andre måten å produsere på er med fluidized bed-reaktorer (FBR). I denne prosessen brukes det langt mindre energi, men det er en del støvproduksjon som gir lav salgsverdi. I tillegg er materialet noe mer forurenset og porøst enn materialet fra Siemens-reaktorene. Derfor brukes det heller ikke ikke til de mest effektive solcellene.

Enova advarerEnova advarer: Slik må du ikke installere varmepumpen

Dynatec og Ifes prinsipp (til venstre) er på mange måter en Siemens-reaktor (til høyre) snudd inn-ut. I stedet for å avsette silisium på staver, avsettes det på veggene ved hjelp av sentrifugalkraft. Kjersti Magnussen

Snudd inn-ut

Dynatec og Ife har derfor lent seg på prinsippene fra Siemens-reaktoren. Forskjellen er at de har «vrengt» den og laget en roterende reaktor som bruker sentrifugalprinsippet til å skille ut silisium på veggene.

Dette skjer inni et kammer som er oppvarmet fra utsiden, ikke på en oppvarmet overflate inni et kammer med vannkjølte vegger – som er normen i dag. Dette betyr at man unngår et vanvittig varmetap.

I tillegg ser de ut til å ha løst et problem med gassene man bruker for å lage silisium. Ved å sentrifugere gassene­ vil nemlig den tunge silisiumholdige gassen (silan­) raskt presses mot den varme veggen i reaktoren, der silisiumet blir utfelt på et slags pulverlag.

Dette gjør at man unngår at reaksjonen skjer i hele reaktorvolumet, noe som ville gitt mye silisiumstøv som ikke kan brukes i solceller.

Les også: Elbiler og induksjonskomfyrer kan knekke lavspentnettet

Kan spare store penger

I tillegg er produksjonsmetoden kostnadseffektiv.

En typisk silisiumfabrikk bruker omtrent 170 kroner på å fremstille én kilo silisium. Hvis kapasite­ten er 5000 tonn silisium i året, blir produksjonskostnaden rundt 850 millioner kroner.

Dynatec mener deres metode kan redusere energiforbruket med rundt 90 prosent, øke utbyttegraden, øke automatiseringsgraden og få kostnadene ned til 85 kroner kiloen. Med andre ord 423 millioner mindre enn en standard Siemens-fabrikk med en kapasitet på 5000 tonn.

Hvis man tenker seg at det kommer til å bli produsert rundt 500.000 tonn silisium på verdensmarkedet om et par år, og at prisen kommer til å ligge på rundt 140 kroner per kilo, snakker man om en industri som omsetter for 70 milliarder kroner.

Potensialet er altså stort hvis Dynatec og Ife fortsetter å treffe blink.

Kan produsere for en billig penge

Prosjektingeniør Sverre Sørensen i Dynatec sier at resultatene så langt viser at de kan produsere billigere enn mange andre.

– Grunnen er at vi bruker mindre energi, mindre areal og infrastruktur. Vi har heller ingen støvproduksjon og kan ha høyere automatiseringsgrad siden reaktoren blir så liten. Vi har også muligheten til å få ned prisen enda mer, mener han.

Prosjektleder Hallgeir Klette ved Ife er spent på fortsettelsen.

– Dette har vært kjempespennende. Vi begynte helt fra «scratch», og hvert eneste eksperiment med denne reaktoren har vært spennende. Jeg syns det er viktig at bedrifter som Dynatec får offentlig støtte til å gjøre arbeid som dette slik at man kan ta frem ny industri. Det er sånt vi trenger i fremtiden for å skape nye arbeidsplasser i Norge, sier han.

Les også: Et billig materiale kan øke solcelleeffekten med 50 prosent