TOPCon کا ماحولیاتی تضاد: چاندی کے کم استعمال سے دھات کی کھپت 41% تک کم ہو سکتی ہے، لیکن مکمل LCA کہانی زیادہ پیچیدہ ہے
تعارف: یہ مطالعہ اب کیوں اہم ہے
یہ مضمون فروری 2026 میں آن لائن شائع ہونے والے Nature Communications کے مقالے پر مبنی ہے، “Maximising environmental savings from silicon photovoltaics manufacturing to 2035” بذریعہ Bethany L. Willis et al. یہ مطالعہ PERC اور TOPCon فوٹو وولٹک مینوفیکچرنگ کے درمیان ایک زیادہ مکمل زندگی کے چکر کا موازنہ فراہم کرتا ہے، تجزیہ کو آج کے پیداواری اعداد و شمار سے 2035 کی ٹیکنالوجی اور گرڈ منظرناموں تک بڑھاتا ہے۔
2023 کے آخر تک، عالمی سطح پر نصب شمسی PV صلاحیت پہلے ہی 1 TWpسے تجاوز کر چکی تھی۔ طویل مدتی ڈی کاربنائزیشن منظرناموں میں، یہ تعداد 2050 تک تقریباً 80 TWpتک پہنچ سکتی ہے۔ یہ نمو توانائی کی منتقلی کے لیے ضروری ہے، لیکن یہ ایک مینوفیکچرنگ بوجھ بھی پیدا کرتی ہے جسے اکثر کم سمجھا جاتا ہے۔ پچھلے اندازوں نے تجویز کیا تھا کہ PV مینوفیکچرنگ خود 1.5 °C راستے کے تحت بقیہ عالمی کاربن بجٹ کا 11% استعمال کر سکتی ہے۔
یہ وقت اہم ہے کیونکہ مرکزی دھارے کی کرسٹل لائن سلکان صنعت تیزی سے PERC سے TOPConسے منتقل ہو رہی ہے۔ TOPCon اعلی کارکردگی پیش کرتا ہے، لیکن اس کا سیل ڈھانچہ، ڈوپینٹس، پاسیویشن پرتیں، اور میٹالائزیشن PERC سے نمایاں طور پر مختلف ہیں۔ اہم سوال سادہ لیکن مشکل ہے: کیا اعلی کارکردگی ماحولیاتی اثرات کو کم کرتی ہے، یا اضافی مواد اور عمل کی پیچیدگی اس فائدہ کو ختم کر دیتی ہے؟
یہ مطالعہ ایک کریڈل ٹو گیٹ لائف سائیکل اسسمنٹاستعمال کرتا ہے، جو کوارٹز مائننگ سے لے کر ویفر، سیل، ماڈیول مینوفیکچرنگ اور وسطی یورپ میں شپمنٹ تک کے سلسلے کا احاطہ کرتا ہے۔ فنکشنل یونٹ 1 Wpہے، اور اثرات کا جائزہ EU EF v3.1 طریقہ کار کے مطابق 16 زمروں میں کیا جاتا ہے۔ ٹیکنالوجی کی ترقی کے مفروضے ITRPV 2024 روڈ میپپر مبنی ہیں، جبکہ بجلی کی ڈی کاربنائزیشن EIA 2023 کے کم صفر کاربن ٹیکنالوجی لاگت کے منظر نامے پر عمل کرتی ہے۔ مینوفیکچرنگ کے علاقوں میں چین، بھارت، امریکہ اور یورپ شامل ہیں، اور غیر یقینی صورتحال کی جانچ کے لیے مونٹی کارلو تجزیہ استعمال کیا جاتا ہے۔
PERC بمقابلہ TOPCon: 15 زمروں میں بہتر، ایک میں بدتر
چینی مینوفیکچرنگ اور وسطی یورپ میں ترسیل کے 2023 کے بیس لائن منظر نامے کے تحت، TOPCon PERC سے 16 میں سے 15 ماحولیاتی اثرات کے زمروں میں فی Wp کی بنیاد پر بہتر کارکردگی دکھاتا ہے۔ واحد زمرہ جہاں TOPCon بدتر کارکردگی دکھاتا ہے وہ ہے دھاتوں اور معدنی وسائل کا استعمال.
| اثرات کا زمرہ | TOPCon بمقابلہ PERC فی Wp |
|---|---|
| موسمیاتی تبدیلی | -6.5% |
| ذرّیاتی مادہ | کم |
| میٹھے پانی کی یوٹروفیکیشن | کم |
| فوٹو کیمیکل اوزون کی تشکیل | کم |
| فوسل وسائل کی کمی | کم |
| دھاتوں اور معدنی وسائل کی کمی | +15.2% |
تصویر 1 | PERC اور TOPCon کے درمیان چھ اہم اثرات کے زمروں کا معمول کے مطابق موازنہ، فیصد فرق کے ساتھ۔
دھاتی وسائل کے اثرات میں +15.2% اضافہ بڑی حد تک چاندی سے منسلک ہے۔ PERC سیلز میں، پچھلی طرف کی میٹلائزیشن چاندی اور ایلومینیم کے مرکب کا استعمال کرتی ہے۔ TOPCon سیلز میں، آگے اور پچھلی دونوں طرف کی میٹلائزیشن زیادہ تر چاندی کے پیسٹ پر انحصار کرتی ہے۔ نتیجتاً، اگرچہ TOPCon فی رقبہ زیادہ بجلی پیدا کرتا ہے، لیکن فی Wp اس کی چاندی کی طلب ایک اہم ماحولیاتی تشویش بنی ہوئی ہے۔
یہ تضاد کی پہلی پرت ہے: TOPCon زیادہ تر لائف سائیکل زمروں میں صاف ہے، لیکن چاندی پر مبنی میٹلائزیشن کی وجہ سے اس کا دھاتی اثر بدتر ہو سکتا ہے۔
ہاٹ سپاٹ تجزیہ: بجلی کاربن پر حاوی، چاندی دھاتوں کے استعمال پر حاوی
یہ مطالعہ TOPCon ماڈیول کی تیاری کو چار بڑے مراحل میں تقسیم کرتا ہے: ویفر کی پیداوار، سیل کی پیداوار، ماڈیول اسمبلی، اور وسطی یورپ تک نقل و حمل۔ نتائج ظاہر کرتے ہیں کہ مختلف ماحولیاتی زمرے بہت مختلف ہاٹ سپاٹس کے ذریعے کنٹرول ہوتے ہیں۔
ویفر کی پیداوار سب سے بڑا کاربن ہاٹ سپاٹ ہے
ویفر کا مرحلہ 16 میں سے 12 اثرات کے زمروں پر حاوی ہے۔ مقالے میں نمایاں کردہ چھ اہم زمروں میں، ویفر سے متعلق بجلی کا استعمال ان میں بھاری حصہ ڈالتا ہے:
| زمرہ | ویفر بجلی کے استعمال سے حصہ |
|---|---|
| فوسل وسائل کی کمی | 88.2% |
| موسمیاتی تبدیلی | 89.9% |
| ذرّیاتی مادہ | 93.5% |
ویفر کی بجلی کی طلب کا 85% سے زیادہ حصہ پولی سلکان کی کمی اور Czochralski کرسٹل کھینچناسے آتا ہے۔ عملی طور پر، سولر ماڈیول کے کاربن فوٹ پرنٹ کو پولی سلکان اور انگوٹ کی پیداوار میں بالائی سطح پر استعمال ہونے والے بجلی کے مکس سے بہت زیادہ شکل ملتی ہے۔
سیل کی پیداوار دھات کے استعمال کا ہاٹ سپاٹ ہے
سیل کا مرحلہ واحد مرحلہ ہے جہاں دھاتی وسائل کا استعمال غالب ہو جاتا ہے۔ سلور پیسٹ میٹالائزیشن کا حصہ کل ماڈیول دھات کے استعمال کا 53.0% اور سیل کے مرحلے میں دھات کے استعمال کا 98.3%ہے۔ سیل کے مرحلے کے دیگر ہاٹ سپاٹس میں پولی-Si جمع اور PECVD کے لیے سائلین، اینیلنگ بجلی، اور سالوینٹ کی صفائی سے NMVOC کا اخراج شامل ہیں۔
ماڈیول اسمبلی شیشہ، تانبا اور ٹن سے چلتی ہے
ماڈیول کا مرحلہ انسانی زہریلا پن اور زمین کے استعمال میں بھاری حصہ ڈالتا ہے۔ اہم مواد میں سامنے کا شیشہ، سوڈا ایش، شیشے کی پیداوار میں استعمال ہونے والا ہیوی آئل، تانبا اور ٹن شامل ہیں۔ ٹن نسبتاً کم مقدار میں استعمال ہوتا ہے، لیکن دھات کے استعمال کے اشارے میں اس کا حصہ اب بھی نمایاں ہے۔
نقل و حمل میں شپنگ کا غلبہ ہے، لیکن سمندری مال برداری اب بھی نسبتاً موثر ہے
چین سے یورپ کی ترسیل کے لیے، نقل و حمل کے اثرات پر مطلق لحاظ سے سمندری جہاز رانی کا غلبہ ہے۔ تاہم، فی ٹن کلومیٹر، سمندری مال برداری سڑک کی نقل و حمل سے کہیں زیادہ صاف ہے۔ نقل و حمل خاص طور پر فوٹو کیمیکل اوزون کی تشکیل میں حصہ ڈالتی ہے کیونکہ ہائیڈرو کاربن ایندھن اور لاجسٹکس انفراسٹرکچر کی وجہ سے۔
تصویر 2 | چھ بڑے اثرات کے زمروں میں ویفر، سیل، ماڈیول اور نقل و حمل کے مراحل کا ہاٹ سپاٹ حصہ۔
مینوفیکچرنگ ریجن اور ٹائم پروجیکشن: یورپ آگے ہے، لیکن 2035 ایک موڑ لاتا ہے
یہ مقالہ 2023 سے 2035 تک چین، بھارت، امریکہ اور یورپ میں TOPCon مینوفیکچرنگ کا ماڈل بناتا ہے۔ یہ موجودہ بجلی کے مکس اور مستقبل کے ڈی کاربنائزڈ گرڈ منظرناموں دونوں پر غور کرتا ہے۔ ITRPV مفروضوں کے مطابق ٹیکنالوجی کے پیرامیٹرز جیسے کارکردگی، چاندی کا استعمال، پولی سلکان کی کھپت، اور ویفر کی موٹائی سال بہ سال بہتر ہوتی ہے۔
شکل 3 | 2023 سے 2035 تک مینوفیکچرنگ کے علاقے کے لحاظ سے چھ بڑے اثرات کے زمرے۔ ٹھوس لکیریں موجودہ گرڈ کی نمائندگی کرتی ہیں؛ ڈیشڈ لکیریں مستقبل کے ڈی کاربنائزڈ گرڈ کی نمائندگی کرتی ہیں۔
کئی نتائج نمایاں ہیں۔
| نتیجہ | تفصیلات |
|---|---|
| 2023 میں سب سے زیادہ GWP | بھارت، تقریباً 0.95 kg CO₂eq/Wp |
| 2023 میں سب سے کم GWP | یورپ، تقریباً 0.40 kg CO₂eq/Wp |
| صرف ٹیکنالوجی میں بہتری | اگر گرڈ تبدیل نہ ہوں تو 2035 تک اوسط GWP میں تقریباً 0.10 kg CO₂eq/Wp کی کمی |
| چین کے ذراتی مادے کا نتیجہ | چین بھارت سے زیادہ ذراتی اثر دکھا سکتا ہے کیونکہ کوئلے کی کان کنی میں خود استعمال بجلی اور گرڈ انوینٹری میں ذراتی اخراج |
| دھات کے استعمال کا تضاد | مستقبل کے کم کاربن گرڈ دھات کے استعمال کے اثرات کو قدرے بڑھا سکتے ہیں کیونکہ قابل تجدید توانائی کا بنیادی ڈھانچہ خود زیادہ اہم معدنیات کی ضرورت ہے |
سب سے زیادہ متضاد نتیجہ ہے دھات کے استعمال کا تضاد۔ ایک صاف ستھرا بجلی کا نظام کاربن کے اخراج کو کم کرتا ہے، لیکن قابل تجدید توانائی کا بنیادی ڈھانچہ زیادہ نایاب دھاتوں کی ضرورت کر سکتا ہے۔ EF v3.1 میں، نایاب دھاتیں جیسے چاندی اور نایاب زمینی عناصر میں اعلی خصوصیت کے عوامل ہوتے ہیں۔ مستقبل کے گرڈ مفروضوں کے تحت، امریکہ 2035 تک سب سے زیادہ دھات کے استعمال کا معاملہ بن جاتا ہے، جبکہ یورپ سب سے کم رہتا ہے کیونکہ اس کے گرڈ منظرنامے میں PV کا حصہ نسبتاً چھوٹا ہے۔
دوسرے لفظوں میں، ڈی کاربنائزیشن آب و ہوا کے اکاؤنٹ کو بہتر بناتی ہے لیکن معدنی وسائل کے اکاؤنٹ کو خراب کر سکتی ہے اگر نظام دھات پر مبنی صاف توانائی کے بنیادی ڈھانچے پر انحصار کرتا ہے۔
2035 تک عالمی تعیناتی: 8.2 Gt CO₂eq تک سے بچا جا سکتا ہے
ITRPV شپمنٹ کے تخمینوں کا استعمال کرتے ہوئے، مطالعہ فرض کرتا ہے کہ PERC 2034 تک مارکیٹ سے باہر ہو جائے گا جبکہ TOPCon غالب جانشین بن جائے گا۔ اس کے بعد یہ مختلف علاقائی مینوفیکچرنگ اور گرڈ منظرناموں کے تحت مجموعی عالمی مینوفیکچرنگ اثرات کا حساب لگاتا ہے۔
شکل 4 | عالمی PERC اور TOPCon تعیناتی کے لیے مجموعی موسمیاتی تبدیلی اور دھاتی استعمال کے اثرات۔ سایہ دار علاقے موجودہ اور مستقبل کے گرڈ منظرناموں کے درمیان فرق کو ظاہر کرتے ہیں۔
اہم نتائج میں شامل ہیں:
2035 سے پہلے مجموعی PERC اور TOPCon مینوفیکچرنگ کے اخراج کی بالائی حد تقریباً 13.8 Gt CO₂eq.
مینوفیکچرنگ کے مقام کو بہتر بنانے اور بجلی کو ڈی کاربنائز کرنے سے اس میں کمی لائی جا سکتی ہے 8.2 Gt CO₂eq.
یہ بچت تقریباً کے برابر ہے 2019 میں عالمی انسانی گرین ہاؤس گیسوں کے خالص اخراج کا 13.9%.
فرض کردہ EIA مستقبل کے منظرنامے کے تحت مینوفیکچرنگ کو چین سے یورپ منتقل کرنے سے مجموعی GWP میں مزید کمی آ سکتی ہے 49.5%.
جیسے جیسے گرڈ ڈی کاربنائز ہوتے ہیں دھاتی استعمال کا اثر بڑھتا ہے، مستقبل کے مفروضوں کے تحت یورپ بہترین اور ریاستہائے متحدہ بدترین کارکردگی دکھاتا ہے۔
توانائی کا فائدہ بہت مضبوط رہتا ہے۔ 2023 سے 2035 تک تیار کردہ ماڈیولز سے تقریباً پیدا ہونے کی توقع ہے 94,602 TWh ان کی فرض کردہ 30 سالہ زندگی کے پہلے 12 سالوں میں۔ ان کے مینوفیکچرنگ کے اخراج کا تخمینہ تقریباً لگایا گیا ہے 2.26 Gt CO₂eq۔ مستقبل کے علاقائی گرڈز کے ساتھ وہی بجلی پیدا کرنے سے خارج ہوگا 27 اور 67 Gt CO₂eq۔ قدامت پسند مفروضوں کے تحت بھی، سے بچے گئے اخراج سے تجاوز کر گئے 25 Gt CO₂eq.
شکل 5 | مستقبل کے علاقائی گرڈ بجلی کی شدت کے مقابلے میں شمسی PV لائف سائیکل کاربن کی شدت۔
حساسیت کا تجزیہ: گرڈ مکس اور ٹیکنالوجی کے انتخاب نتیجہ کو تبدیل کرتے ہیں
مطالعہ اس بات کی نشاندہی کرنے کے لیے کہ کون سے لیور سب سے زیادہ اہم ہیں، کئی حساسیت کے ٹیسٹ کرتا ہے۔
ذیلی گرڈ کاربن کی شدت ملکی لیبل سے زیادہ اہم ہے
شکل 6 | چار خطوں میں ذیلی گرڈز میں GWP کی حدود۔ کالی لکیریں مرکزی ماڈل میں استعمال ہونے والے اوسط گرڈ حوالہ کو ظاہر کرتی ہیں۔
چین میں سب سے وسیع ذیلی گرڈ کی حد ہے، تقریباً 0.32 سے 0.58 kg CO₂eq/Wp. چینی سب سے کم کاربن ذیلی گرڈ یورپی حوالہ کیس کے قریب ہے۔ اس کا مطلب ہے کہ "چین میں بنایا گیا" یا "یورپ میں بنایا گیا" کا لیبل سنجیدہ کاربن اکاؤنٹنگ کے لیے بہت وسیع ہے۔ اصل گرڈ کنکشن، مقامی بجلی خریداری کا معاہدہ، اور براہ راست قابل تجدید بجلی تک رسائی یہ فیصلہ کر سکتی ہے کہ آیا ماڈیول کم کاربن کی حدوں جیسے EPEAT Climate+ کو پورا کرتا ہے۔
کوئلہ سب سے حساس فوسل فیول ان پٹ ہے
شکل 7 | 16 ماحولیاتی زمروں میں انفرادی ایندھن کے حصص میں ±5% تبدیلیوں کا اثر۔
کوئلے کے حصے میں ±5% تبدیلی کا نو زمروں پر سب سے زیادہ اثر ہے، بشمول GWP میں +4.8% تبدیلی۔ جوہری طاقت آئنائزنگ ریڈی ایشن کے اشاریوں کو سختی سے متاثر کرتی ہے لیکن دوسری جگہوں پر چھوٹے اثرات رکھتی ہے۔ پن بجلی واحد قابل تجدید ذریعہ ہے جو اس حساسیت کے ٹیسٹ میں تمام 16 زمروں کو کم کرتی ہے، جس سے پتہ چلتا ہے کہ پن بجلی سے چلنے والی PV مینوفیکچرنگ LCA کے نقطہ نظر سے خاص طور پر سازگار ہو سکتی ہے۔
چار تکنیکی لیور PV پائیداری کے اگلے مرحلے کی وضاحت کرتے ہیں
شکل 8 | کارکردگی میں بہتری، سلور کو 5 mg/W تک کم کرنے، ویفر بجلی میں کمی، اور سائلین میں کمی کی حساسیت۔
| لیور | PERC اثر | TOPCon اثر | اہم اثر |
|---|---|---|---|
| کارکردگی میں بہتری | +12.6% | +15.9% | فی Wp تمام زمروں کو متناسب طور پر کم کرتا ہے |
| سلور کو 5 mg/W تک کم کیا گیا | -66.5% سلور سے متعلقہ صلاحیت | -78.0% سلور سے متعلقہ صلاحیت | دھات کے استعمال کے اثرات کو 41% سے زیادہ کم کرتا ہے؛ دوسرے زمروں پر بہت کم اثر |
| ویفر بجلی میں 26% کمی | مضبوط کمی | مضبوط کمی | GWP، پارٹیکیولیٹ مادہ، میٹھے پانی کی یوٹروفیکیشن، اور فوسل ڈیپلیشن کو 10% سے زیادہ کم کرتا ہے |
| سائلین میں 14.4% کمی | چھوٹی کمی | چھوٹی کمی | وسیع لیکن معمولی ماحولیاتی فائدہ |
سلور کا ہدف 5 mg/W Haegel et al. کی طرف سے Science 2023 میں زیر بحث ملٹی ٹیرا واٹ پائیداری کی حد سے آیا ہے۔ اسے حاصل کرنے سے دھات کے استعمال کے اثرات میں تیزی سے کمی آئے گی، لیکن یہ کاربن، پارٹیکیولیٹ، یا فوسل انرجی کے اثرات کو حل نہیں کرتا۔ یہی وجہ ہے کہ سلور کے استعمال میں نمایاں کمی مکمل ماحولیاتی کہانی نہیں ہے۔
مونٹی کارلو غیر یقینی صورتحال کی جانچ مرکزی نتیجے کی تصدیق کرتی ہے
شکل 9 | 16 ماحولیاتی اثرات کے زمروں میں مونٹی کارلو اعتماد کے نتائج۔
10,000 مونٹی کارلو رنز کے بعد، PERC 16 میں سے 11 زمروں میں 70% سے زیادہ نقلیوں میں TOPCon سے زیادہ اثر دکھاتا ہے۔ موسمیاتی تبدیلی کے لیے، اعتماد کی سطح 71.5%ہے۔ اوزون کی کمی کے لیے، یہ 98.7%تک پہنچ جاتی ہے۔ دھات کا استعمال مخالف سمت میں جاتا ہے جس میں 95.8% اعتمادہے، اس بات کی تصدیق کرتا ہے کہ TOPCon بنیادی مفروضوں کے تحت زیادہ دھاتی وسائل استعمال کرنے کا بہت زیادہ امکان ہے۔
صنعت کے مضمرات: TOPCon منتقلی مثبت ہے، لیکن خود بخود پائیدار نہیں
نتائج شمسی مینوفیکچرنگ انڈسٹری کے لیے کئی عملی نتائج کی طرف لے جاتے ہیں۔
TOPCon کا PERC کی جگہ لینا مجموعی طور پر ماحولیاتی طور پر مثبت ہے، لیکن چاندی ایک زندگی کے چکر کا مسئلہ بن جاتی ہے، نہ کہ صرف لاگت کا مسئلہ۔ لہٰذا کاپر پلیٹنگ اور Ni/Cu/Ag اسٹیک ٹیکنالوجیز نہ صرف لاگت میں کمی کے اختیارات ہیں؛ بلکہ دھاتی وسائل کے اشاریوں کو کم کرنے کے لیے بھی اہم ہیں۔
ویفر بجلی سب سے بڑا موسمیاتی ہاٹ سپاٹ ہے۔ پولی سیلیکون میں کمی اور کرسٹل پلنگ وہ بنیادی عمل ہیں جن پر نظر رکھنی چاہیے۔ کاربن فوٹ پرنٹ کی تعمیل کے لیے، مینوفیکچرنگ کے مقام کا اندازہ ذیلی گرڈ کی سطح پر کیا جانا چاہیے، نہ کہ صرف ملک کے لحاظ سے۔
کم کاربن بجلی معدنی تجارت کا باعث بن سکتی ہے۔ ایک ڈی کاربونائزڈ گرڈ GWP کو کم کرتا ہے، لیکن اگر گرڈ کی توسیع دھات پر مبنی قابل تجدید نظاموں پر بہت زیادہ انحصار کرتی ہے، تو دھات کے استعمال کے اشاریے بڑھ سکتے ہیں۔
کارکردگی میں بہتری تمام زمروں کا سب سے صاف لیور ہے۔ زیادہ ماڈیول کی کارکردگی پوری ویلیو چین میں فی Wp رقبہ، مواد اور توانائی کی طلب کو کم کرتی ہے۔ TOPCon میں PERC کے مقابلے میں مضبوط کارکردگی کا فائدہ ہے، لیکن اس فائدے کو چاندی کی کھپت کو کم کرکے محفوظ کیا جانا چاہیے۔
Ooitech کا نقطہ نظر
ایک آلات فراہم کنندہ کے طور پر جو شمسی ماڈیول مینوفیکچرنگ لائنوں کے ساتھ قریبی کام کرتا ہے، ہم TOPCon کی تبدیلی کو ایک یاد دہانی کے طور پر دیکھتے ہیں کہ صرف اعلی سیل کی کارکردگی ہی حقیقی طور پر پائیدار پیداواری راستے کی وضاحت کرنے کے لیے کافی نہیں ہے۔ سب سے اہم فیکٹری سطح کے فیصلے سلور ریڈکشن پروسیس کی تیاری، ویفر سائیڈ بجلی کی سورسنگ، اور مستحکم پروسیس کنٹرول ہوں گے جو کارکردگی کے فوائد کو حقیقی فی Wp مواد کی بچت میں تبدیل کر سکیں۔ مستقبل کی ماڈیول لائنوں کے لیے، خاص طور پر وہ جو TOPCon یا اگلی نسل کی n-ٹائپ مصنوعات کے لیے ڈیزائن کی گئی ہیں، ماحولیاتی کارکردگی کا انحصار اس بات پر بڑھتا جائے گا کہ آلات، مواد، اور فیکٹری توانائی کی حکمت عملی کو کس حد تک ایک ساتھ انجینئر کیا گیا ہے۔
