在環(huán)保意識(shí)抬頭下，太陽能發(fā)電已被視為能源科技的顯學(xué)，一塊塊太陽能板在刺眼的陽光照耀下，都成為綠金的最佳代言人；確實(shí)，太陽能發(fā)電比石化燃料發(fā)電對(duì)環(huán)境傷害較小，但大部分人很少意識(shí)在制造電池的當(dāng)下，所使用的電力、所排放的二氧化碳與污染，仍然會(huì)影響環(huán)境，而過去許多公安事件的發(fā)生，也證明那些我們坐享其成的太陽能電池，并非零污染零排碳，而是將環(huán)境成本轉(zhuǎn)嫁給生產(chǎn)國(guó)。美國(guó)圣荷西州立大學(xué)（San Jose State University）環(huán)境研究學(xué)教授 Dustin Mulvaney 發(fā)表于 IEEE Spectrum 網(wǎng)站的文章深入探討此問題。

?
從 2008 年開始，太陽能制造業(yè)從原本的產(chǎn)地歐洲、日本、美國(guó)，轉(zhuǎn)移至中國(guó)、馬來西亞、菲律賓與臺(tái)灣，如今將近一半的太陽能電池都在中國(guó)生產(chǎn)，雖然帶動(dòng)了當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)的興起，卻也讓這些地區(qū)飽受污染之苦，并讓從事相關(guān)工作者身處危險(xiǎn)的環(huán)境。
?
?
污染得從頭說起──從挖掘到精煉
?
要準(zhǔn)確說明這些問題，必須從太陽能電池的制造談起。雖然產(chǎn)生太陽能電池的技術(shù)有很多種，但大部分都是從石英砂開始，先不說之后的提煉，光從礦山中挖取石英砂，就是從古至今對(duì)健康危害最深的職業(yè)之一，會(huì)讓礦工染上硅肺?。╯ilicosis）。
?
?
石英砂挖掘出來后，首先透過電弧爐將石英砂還原成冶金級(jí)的硅（Metallurgical Grade Silicon, MGS），大多用于煉鋼，在這一階段中，需要輸入大量的能源來保持電弧爐的高溫，而所產(chǎn)生的二氧化碳與二氧化硫，對(duì)施作人員與環(huán)境危害較輕。
?
下一階段則是將冶金級(jí)的硅精煉，除去內(nèi)部的雜質(zhì)，讓硅的純度更高，精煉過程包括將氫氯酸（hydrochloric acid）加入冶金級(jí)的硅，進(jìn)行氯化反應(yīng)生成三氯氫硅（trichlorosilanes），之后加入氫氣進(jìn)行一次性還原產(chǎn)生高純度的多晶硅（polysilicon），在整個(gè)過程中最多有 25%的三氯氫硅會(huì)轉(zhuǎn)化為多晶硅，同時(shí)伴隨非常毒的附產(chǎn)品四氯化硅（silicon tetrachloride）產(chǎn)生，估計(jì)每生產(chǎn)一噸的多晶硅，會(huì)有 3~4 噸的四氯化硅。
?
大部分的制造商會(huì)將四氯化硅回收再利用，因?yàn)樗牡哪茉磿?huì)比從最原始的原料（二氧化硅）來的少，所以回收四氯化硅能省錢；但有一好沒兩好，這些設(shè)備需要花費(fèi)上千萬美元，因此一些業(yè)者會(huì)直接將附產(chǎn)品排放掉。當(dāng)這種具強(qiáng)腐蝕性的有毒液體遇到潮濕空氣，馬上分解成硅酸和劇毒氣體氯化氫，會(huì)刺激人體眼睛、皮膚與呼吸道刺激，遇上星火則會(huì)爆炸，用于傾倒或掩埋四氯化硅的土地將變成不毛之地，樹木和草都無法生長(zhǎng)。
?
?
當(dāng)太陽能產(chǎn)業(yè)還沒那么龐大時(shí)，太陽能電池所需要的硅主要來自芯片制造商所淘汰的硅芯片，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)對(duì)硅的純度要求更高，因此要求較低的太陽能電池可接受它們的“淘汰品”，但當(dāng)太陽能產(chǎn)業(yè)爆紅后，所需的硅已遠(yuǎn)超過能接收到的，必須新建許多提煉工廠才夠用。然而很少有國(guó)家為四氯化硅設(shè)定嚴(yán)格的處理法則，擁有最多提煉廠的中國(guó)也不例外。
?
?
四氯化硅危害大
?
2008 年華盛頓郵報(bào)就曾報(bào)導(dǎo)位于河南省的某多晶硅企業(yè)，不愿意投資回收設(shè)備，而是將四氯化硅隨意傾倒于鄰近土地上，使該地區(qū)的農(nóng)地?zé)o法種植作物，并讓附近居民的健康受到危害，報(bào)導(dǎo)指出這一家公司并非唯一一家這么做的公司。
?
報(bào)導(dǎo)一發(fā)表，馬上引起大眾的激烈的反彈，也讓太陽能產(chǎn)業(yè)所標(biāo)榜的“干凈能源”形象蒙上一層灰，為了保護(hù)產(chǎn)業(yè)的聲譽(yù)，太陽能電池的生產(chǎn)商開始要求多晶硅供應(yīng)商要做到環(huán)境保護(hù)責(zé)任，2011 年中國(guó)也制定法規(guī)，規(guī)范供應(yīng)商回收的四氯化硅至少要達(dá)到 98.5%，之后情況逐漸改善。未來這些問題有望完全消失，因?yàn)槊绹?guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（National Renewable Energy Laboratory）正尋找以乙醇代替氯基化合物的方法，以避免產(chǎn)生四氯化硅。
?
?
鋸切打磨清洗，需強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)幫忙
?
但污染并非只到多晶硅就停止，從多晶硅到真正的太陽能電池還需要透過長(zhǎng)晶爐生成晶棒，再切割成外延片或芯片，這些過程都需要危險(xiǎn)的化學(xué)物質(zhì)來處理，例如制造商需要用氫氟酸（hydrofluoric acid）來清洗外延片，除去因鋸切所受到的傷害，或是磨平外延片表面，以增加聚光能力。但氫氟酸是一種具有強(qiáng)烈腐蝕性的物質(zhì)，就如武俠小說中的“化骨水”，若接觸到未受保護(hù)的工人，會(huì)破壞人體組織并侵蝕骨頭，因此必須妥善處理。
?
?
氫氟酸污染問題也層出不窮，例如 2011 年 8 月才剛評(píng)選為“2011 清潔科技驅(qū)動(dòng)者”的浙江晶科能源，卻被抓到排放氫氟酸到附近的一條小河，導(dǎo)致河中出現(xiàn)大量死魚，旁邊的豬圈也遭殃，因?yàn)檗r(nóng)民引河水幫牠們洗澡，結(jié)果大批豬只中毒而死；結(jié)果暴怒的居民沖進(jìn)工廠并占領(lǐng)抗?fàn)?，同時(shí)在新聞報(bào)導(dǎo)播出的第二天，晶科的股價(jià)下跌超過 40％，市值蒸發(fā)近 1 億美元。
?
但這個(gè)威脅也有機(jī)會(huì)解決，羅門哈斯電子材料（Rohm & Haas Electronic Materials）已確認(rèn)能用氫氧化納取代氫氟酸，氫氧化納雖然也具有腐蝕性，但較容易處理，對(duì)操作者而言危險(xiǎn)性也較低。
?
?
薄膜太陽能電池，有重金屬問題
?
目前超過 90% 的太陽能電池使用多晶硅，然而近幾年多晶硅材料出現(xiàn)短缺，使得部分業(yè)者轉(zhuǎn)向投入薄膜太陽能電池，它的優(yōu)勢(shì)在于制造成本更低，使用的能源與材料更少，未來若轉(zhuǎn)換率能進(jìn)一步提升，有望與多晶硅相匹敵。除了上述的優(yōu)點(diǎn)，薄膜太陽能電池可在價(jià)格低廉的玻璃、塑膠或不銹鋼基板上蒸鍍非晶硅薄膜，而不需從硅晶棒切割而來，因此產(chǎn)生的廢棄物較少，也無須使用復(fù)雜的電弧爐，但這不代表薄膜太陽能電池不會(huì)造成環(huán)境污染。
?
薄膜太陽能電池的主要技術(shù)以非晶硅（a-Si）太陽能電池為最大宗，碲化鎘（CdTe）太陽電池產(chǎn)量成長(zhǎng)最快，銅銦鎵硒（CIGS）太陽能電池則深具成長(zhǎng)潛力，其中碲化鎘太陽電池由五層結(jié)構(gòu)組成，其中一層為硫化鎘（CdS），另一層為碲化鎘（CdTe）；銅銦鎵硒（CIGS）太陽能電池主要材料為銅銦鎵硒，但也含有硫化鎘，這兩種電池都使用重金屬鎘的化合物，它是惡名昭彰的致癌物質(zhì)，長(zhǎng)期暴露可能導(dǎo)致腎臟疾病、肺損傷與骨骼脆弱。
?
一些制造商如總部設(shè)在亞利桑納州的 First Solar（第一太陽能），對(duì)于工人的安全維護(hù)措施就做得很完善，但對(duì)那些從事開采或提煉等早期階段的工人，相關(guān)的安全訊息就很少；另外棄置的太陽能電池也是問題，若沒有妥善的回收機(jī)制，會(huì)增加鎘暴露的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)此許多大廠都做的不錯(cuò)，如 First Solar 的預(yù)付回收系統(tǒng)（prefunded take-back system），但回收計(jì)劃并沒有提供給全部的使用者，甚至許多人根本沒意識(shí)到太陽能電池需要回收。
?
?
減少鎘危害的方式就是盡量使用無鎘產(chǎn)品。目前有兩個(gè)銅銦鎵硒制造商 Avancis 和 Solar Frontier，以對(duì)環(huán)境較友善的材料硫化鋅取代硫化鎘；英國(guó)布里斯托大學(xué)（University of Bristol）和巴斯大學(xué)（University of Bath）、加州柏克萊大學(xué)也正嘗試發(fā)展薄膜太陽能電池，另外 First Solar 也逐漸減少鎘在太陽能電池的使用量。
?
?
能源回收要多久？
?
有毒并非是唯一的問題，制造太陽能需要大量的能源，幸運(yùn)的是，因?yàn)殡姵啬苌a(chǎn)電力，可回收原本投資的能源，大部分的電池運(yùn)作兩年后就可以打平，有些電池甚至能縮短至半年，但能源回收與資金回收的時(shí)程不能混為一談，兩者有時(shí)間差距。
?
除了能源回收是否符合效益，碳足跡也是個(gè)問題，通常以碳排放強(qiáng)度（carbon-intensity）為計(jì)算單位，也就是生產(chǎn)每千瓦小時(shí)的能量會(huì)排放多少公斤的二氧化碳，其中較依賴煤炭供電的碳排放強(qiáng)度最高，例如中國(guó)，電力生產(chǎn)的碳排放強(qiáng)度是美國(guó)的兩倍，這個(gè)數(shù)據(jù)與阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Argonne National Laboratory）和西北大學(xué)（Northwestern University）在 2013 年發(fā)表的報(bào)告相似，報(bào)告指出中國(guó)制造的太陽能板其碳足跡是歐洲制造的兩倍。
?
?
?
如果中國(guó)制造的太陽能板安裝于中國(guó)，消耗的碳與節(jié)省的碳將相互抵銷，兩者相抵的時(shí)間剛好與能源回收期相同，但這與現(xiàn)況不合，大部分的制造廠位于中國(guó)，而安裝地點(diǎn)則在歐洲與美國(guó)，在雙重碳排放強(qiáng)度下，需要兩倍的時(shí)間才能補(bǔ)償溫室氣體的排放，因?yàn)橐獙⑺度氲哪茉匆灿?jì)算。
?
反過來說，如果將在低碳排放強(qiáng)度低區(qū)生產(chǎn)的太陽能電池，裝在高碳排放強(qiáng)度的國(guó)家，那溫室氣體回收時(shí)間將大幅減少；也許將來會(huì)有一天，生產(chǎn)電池的能源將來自太陽能、風(fēng)能和地?zé)?，到時(shí)候碳足跡也不再是問題。
?
水則是另一個(gè)問題，在太陽能電池制造的過程中，必須用到很多水，包括冷卻、化學(xué)處理和空污防治，最大的需求來自安裝與使用時(shí)的清洗，公共事業(yè)規(guī)模在 230~550 百萬瓦（megawatt）范圍內(nèi)的能源計(jì)劃，在施工期時(shí)每年需耗費(fèi) 15 億升的水來進(jìn)行粉塵控制，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)每年需要 2,600 萬升的水來清洗太陽能板，但這些用水量仍遠(yuǎn)低于冷卻火力和核能發(fā)電廠所需要的用水。
?
?
消費(fèi)者該如何監(jiān)督
?
消費(fèi)者和投資者的選擇將左右太陽能產(chǎn)業(yè)的走向，但卻有很多潛在困難度，例如太陽能產(chǎn)業(yè)沒有正式的生態(tài)標(biāo)簽，類似家電上的能源之星（Energy Star），可讓消費(fèi)者識(shí)別哪個(gè)廠商推出的產(chǎn)品為高效能；大部分的人不愿意或無法親自與生產(chǎn)太陽能電池的廠商聯(lián)系，多依靠第三方來幫忙選購(gòu)安裝，因此即使有生態(tài)標(biāo)簽，也往往取決于安裝端的心態(tài)，是否愿意選較環(huán)保的產(chǎn)品。
?
如今消費(fèi)者可向安裝廠商詢問所使用的產(chǎn)品細(xì)節(jié)，以間接的方式要求生產(chǎn)商提高他們的環(huán)保措施，另外針對(duì)太陽能產(chǎn)業(yè)的環(huán)境績(jī)效評(píng)等也逐漸浮上臺(tái)面，例如耶魯大學(xué)與哥倫比亞大學(xué)的研究人員提議建立一個(gè)中國(guó)環(huán)境績(jī)效指數(shù)，能在各省實(shí)施，來幫助中國(guó)廠商能朝著環(huán)境保護(hù)大方向邁進(jìn)。
?
同時(shí)美國(guó)太陽能產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（Solar Energy Industries Association）與美國(guó)國(guó)家貿(mào)易組織提出新的工業(yè)指南，目的是減少職業(yè)傷害、防止污染與降低自然資源的使用；硅谷毒物聯(lián)盟（Silicon Valley Toxics Coalition）定期調(diào)查與評(píng)估各國(guó)企業(yè)的環(huán)境績(jī)效，目前中國(guó)的天合光能（Trina Solar）與英利綠色能源（Yingli）長(zhǎng)期穩(wěn)居世界前三大最環(huán)保的公司，夏普（Sharp）、SolarWorld 和 SunPower 也對(duì)自家排放的溫室氣體與化學(xué)物質(zhì)，進(jìn)行長(zhǎng)期追蹤。
?
?
許多人將太陽能視為未來的能源救星，卻忽視在光鮮亮麗的外表下，隱藏著如此多的問題，身為消費(fèi)者的我們不能視而不見，而應(yīng)該以群體的力量要求廠商做到真正的節(jié)能、減碳、零污染，不然我們所追求的綠色能源，也不過是個(gè)包裹著糖衣的毒藥罷了。
?
?
?
本文全文授權(quán)自《科技新報(bào)》─〈太陽能真的夠“綠”嗎？還是包裹著糖衣的毒藥〉
?
?