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Depuis 2014, l'Union européenne considère le silicium (Si) comme une matière première critique (MRC) en raison de son risque élevé d'approvisionnement et de son importance économique. En effet, le silicium est indispensable à de nombreux produits essentiels pour notre société, notamment les panneaux solaires.
RÉSiLEX, abréviation de "Resilient Enhancement for the Silicon Industry Leveraging the European Matrix", est un projet européen d'envergure financé dans le cadre du programme Horizon Europe. Son objectif principal est d'améliorer la résilience et la durabilité de la chaîne de valeur des matières premières critiques en Europe, avec un accent particulier sur le silicium.
Ce projet vise à démontrer huit solutions innovantes technologiques et commerciales couvrant l'ensemble de la chaîne de valeur du silicium. Il s'agit notamment de développer des méthodes de production plus durables, de réduire les déchets et les émissions de carbone, et d'améliorer la recyclabilité des matériaux utilisés dans l'industrie du silicium.
Les partenaires de RÉSiLEX, issus de différents secteurs industriels et de la recherche, collaborent pour mettre en œuvre ces solutions innovantes et pour promouvoir une économie circulaire et durable dans l'industrie du silicium en Europe.
Au cours des vingt dernières années, la demande de silicium pour les applications solaires a considérablement augmenté. Actuellement, la fabrication de silicium et de panneaux solaires est un processus énergivore et à forte émission de carbone, générant divers sous-produits et déchets de faible valeur. Pour rendre cette industrie plus durable, il est crucial de passer à une production plus circulaire, réduisant les déchets et les émissions de carbone.
Récemment, les partenaires du projet RÉSiLEX ont intensivement testé une nouvelle méthode de production de silicium. Ce nouveau procédé implique une réduction aluminothermique durable et sans carbone des silicates fondus (oxyde fondu) en utilisant des déchets d'aluminium. Cette technique est ajustée et optimisée pour produire du silicium pur, adapté aux applications énergétiques telles que les panneaux solaires et les batteries.
Lors du découpage des lingots de silicium en fines tranches avec un fil diamanté, environ 40 % du matériau est perdu sous forme de microparticules de silicium. Ces déchets sont évacués par un liquide de sciage qui forme une boue. Cette boue cristallisée, appelée « kerf », est composée de silicium ultra pur. Pendant le raffinage et la fusion du silicium, des résidus appelés « scories » se forment. Bien que considérés comme des déchets, ces scories contiennent encore une quantité significative de silicium. Le kerf, le quartz et l'alliage de silicium obtenu par réduction aluminothermique des silicates fondus (oxyde fondu) avec des déchets d'aluminium ou les scories sont ensuite insérés dans le four pour la fusion.
Une fois le processus achevé et les scories retirées, le silicium obtenu affiche une pureté de 98,91 %.
À l'Université norvégienne des sciences et de la technologie (NTNU), des recherches ont été menées sur les techniques de purification supplémentaires du produit obtenu. En utilisant la méthode de solidification directionnelle du silicium, basée sur la séparation des impuretés entre les phases solides et le métal liquide, une pureté de 99,86 % a été obtenue. Dans les prochains mois, le CEA, en tant que partenaire de RÉSiLEX, entreprendra des tests supplémentaires pour évaluer la viabilité des déchets dans la fabrication de cellules solaires et de batteries au lithium-ion. Cette avancée promet d'améliorer considérablement la circularité et la durabilité de la chaîne de valeur européenne.
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