La production verte de silicium pourrait être possible d’ici deux à trois ans

Jun 23, 2023

CET ARTICLE/COMMUNIQUÉ DE PRESSE EST PAYÉ ET PRÉSENTÉ PAR NTNU Norwegian University of Science and Technology - en savoir plus

La Norvège est le plus grand producteur européen d'aluminium et de silicium. L'industrie métallurgique est l'une des industries d'exportation les plus importantes du pays, mais elle représente également 10 pour cent de ses émissions de CO2.

La Norvège doit de toute urgence réduire ses niveaux d’émissions dans les méthodes de production actuelles afin d’atteindre ses objectifs climatiques.

NTNU a déposé un brevet pour un procédé industriel qui supprimera toutes les émissions directes de CO2 et de NOx. Le procédé a été nommé SisAl.

Le quartz est la matière première du processus de fusion traditionnel et de la méthode SisAl.

Avec la technologie actuelle, le CO2 se forme lorsque le quartz réagit avec le carbone. A la place du carbone, le procédé SisAl utilise l'aluminium comme agent réducteur, évitant ainsi la formation de CO2.

« Sur le plan technologique, nous pensons que rien ne s’oppose à la production industrielle de silicium avec cette nouvelle méthode. Et c'est économe en énergie », explique Maria Wallin, chercheuse en matériaux à NTNU.

« Le procédé SisAl est exothermique, ce qui signifie que la réaction entre le quartz et l'aluminium libère de l'énergie. La méthode actuelle est endothermique et de l'énergie doit être ajoutée pour réduire le quartz. SisAl ne consomme qu'un tiers de la consommation d'énergie par tonne de silicium fini », explique Wallin.

La technologie traditionnelle utilise 85 à 92 pour cent du quartz mis dans le four. SisAl en utilise 97 à 99 pour cent car le procédé peut également utiliser du quartz sous forme de poudre.

Wallin et le professeur Gabriella Tranell coordonnent les grands projets européens SisAl Pilot et SisAl Slag, dirigés par NTNU. 22 partenaires de la recherche et de l'industrie en Europe et en Afrique du Sud ont développé le procédé basé sur le brevet de NTNU.

Des dizaines de tests pilotes ont été réalisés au centre pilote d'Elkem à Fiskaa, dans le sud de la Norvège, et à la fonderie Fundiciones Rey en Espagne.

Wallin affirme que la méthode SisAl présente de nombreux autres avantages.

En plus d'éliminer toutes les émissions directes de CO2 et de NOx et d'économiser de l'énergie, le nouveau procédé de fabrication de silicium utilisera des scories (écumes) et des déchets de l'industrie de l'aluminium.

Le procédé SisAl peut utiliser les scories comme agent réducteur dans la production de silicium. Il en va de même pour les minces déchets d’aluminium, provenant par exemple des emballages alimentaires.

Le procédé SisAl crée également des scories, comme de l'oxyde de calcium et de l'oxyde d'aluminium, mais ce sont des substances très demandées par l'industrie sidérurgique, explique Wallin.

Le nouveau procédé de fusion permet également une meilleure utilisation de la matière première, car du quartz fin (« fines ») peut être utilisé. Dans le processus traditionnel, les amendes doivent être supprimées.

« Le défi auquel nous consacrons le plus de temps actuellement est de créer un modèle commercial circulaire incluant les industries métallurgiques. Nous voyons d’excellentes opportunités de synergies qui profiteraient à la fois à l’environnement et à l’économie », déclare Wallin. « Nous cherchons à mieux utiliser les matières premières et à trouver les émissions les plus faibles possibles, la consommation d'énergie, la réutilisation maximale et le moins de déchets possible. Le montant de la taxe imposée par les autorités sur les émissions de CO2 entre bien entendu également en compte dans le calcul."

Le silicium est produit par Elkem et Wacker en Norvège. Wallin estime que les fonderies de silicium actuelles pourraient utiliser la technologie SisAl sans investissements importants, en complément ou en remplacement partiel de la production actuelle.

Une usine pilote de production de SisAl est en cours de construction en Afrique du Sud dans le cadre d'un projet de l'UE. Wallin considère qu'il s'agit d'une étape importante avant la construction éventuelle d'une installation à l'échelle industrielle.

L’UE a désigné le silicium comme métalloïde d’importance cruciale. Le silicium possède des propriétés semi-conductrices et constitue un matériau essentiel dans les circuits imprimés, les cellules solaires et tous les appareils électroniques.

Le silicium, en alliage avec l'aluminium, fait également partie de nombreux matériaux que nous utilisons quotidiennement. Aujourd’hui, la Chine représente les deux tiers de la production mondiale de silicium.