1. Cadeia produtiva do polissilício: O processo de produção é complexo e o segmento de distribuição subsequente concentra-se em semicondutores fotovoltaicos.
O polissilício é produzido principalmente a partir de silício industrial, cloro e hidrogênio, e está localizado no início das cadeias produtivas das indústrias fotovoltaica e de semicondutores. De acordo com dados da CPIA (Associação Canadense de Produtores de Silício), o método de produção de polissilício mais utilizado no mundo atualmente é o método Siemens modificado. Com exceção da China, mais de 95% do polissilício é produzido por esse método. No processo de preparação do polissilício pelo método Siemens modificado, o gás cloro é combinado com o gás hidrogênio para gerar cloreto de hidrogênio, que então reage com o pó de silício após a trituração e moagem do silício industrial para gerar triclorosilano, o qual é posteriormente reduzido pelo gás hidrogênio para gerar o polissilício. O silício policristalino pode ser fundido e resfriado para produzir lingotes de silício policristalino, e o silício monocristalino também pode ser produzido pelos métodos Czochralski ou de fusão zonal. Comparado ao silício policristalino, o silício monocristalino é composto por grãos cristalinos com a mesma orientação cristalina, apresentando, portanto, melhor condutividade elétrica e eficiência de conversão. Tanto os lingotes de silício policristalino quanto as barras de silício monocristalino podem ser cortados e processados para a obtenção de wafers e células de silício, que, por sua vez, se tornam componentes essenciais de módulos fotovoltaicos e são utilizados no setor fotovoltaico. Além disso, wafers de silício monocristalino também podem ser transformados em wafers de silício por meio de processos repetidos de retificação, polimento, epitaxia, limpeza e outros, que podem ser utilizados como substratos para dispositivos eletrônicos semicondutores.
O teor de impurezas do polissilício é rigorosamente controlado, e a indústria caracteriza-se por altos investimentos de capital e elevadas barreiras técnicas. Como a pureza do polissilício afeta seriamente o processo de fabricação do silício monocristalino, os requisitos de pureza são extremamente rigorosos. A pureza mínima do polissilício é de 99,9999%, e a máxima é infinitamente próxima de 100%. Além disso, as normas nacionais chinesas estabelecem requisitos claros para o teor de impurezas e, com base nisso, o polissilício é classificado em graus I, II e III, sendo o teor de boro, fósforo, oxigênio e carbono um importante índice de referência. As "Condições de Acesso à Indústria de Polissilício" estipulam que as empresas devem possuir um sistema sólido de inspeção e gestão da qualidade, e que os padrões dos produtos devem estar em estrita conformidade com as normas nacionais. Além disso, as condições de acesso também exigem que a escala e o consumo de energia das empresas de produção de polissilício, como polissilício de grau solar e polissilício de grau eletrônico, sejam superiores a 3.000 toneladas/ano e 1.000 toneladas/ano, respectivamente, e que a participação mínima de capital no investimento em projetos de construção, reconstrução e expansão não seja inferior a 30%. Portanto, o polissilício é uma indústria de capital intensivo. De acordo com as estatísticas da CPIA (Associação de Empresas de Produção de Polissilício), o custo de investimento em equipamentos para uma linha de produção de polissilício de 10.000 toneladas, colocada em operação em 2021, aumentou ligeiramente para 103 milhões de yuans/kt. O motivo é o aumento no preço das matérias-primas metálicas. Espera-se que o custo de investimento no futuro aumente com o avanço da tecnologia de equipamentos de produção e com a redução do monômero à medida que o tamanho aumenta. De acordo com as normas, o consumo de energia do polissilício para redução Czochralski de grau solar e de grau eletrônico deve ser inferior a 60 kWh/kg e 100 kWh/kg, respectivamente, e os requisitos para os indicadores de consumo de energia são relativamente rigorosos. A produção de polissilício tende a pertencer à indústria química. O processo de produção é relativamente complexo e as barreiras para rotas técnicas, seleção de equipamentos, comissionamento e operação são elevadas. O processo de produção envolve muitas reações químicas complexas e o número de nós de controle ultrapassa 1.000. É difícil para novos entrantes dominarem rapidamente as técnicas consolidadas. Portanto, existem altas barreiras de capital e técnicas na indústria de produção de polissilício, o que também incentiva os fabricantes de polissilício a realizarem uma otimização técnica rigorosa do fluxo de processo, embalagem e transporte.
2. Classificação do polissilício: a pureza determina o uso, sendo o grau solar o mais utilizado.
O silício policristalino, uma forma de silício elementar, é composto por grãos cristalinos com diferentes orientações cristalinas e é purificado principalmente por processamento industrial de silício. O polissilício apresenta uma aparência cinza com brilho metálico e seu ponto de fusão é de aproximadamente 1410 °C. É inativo à temperatura ambiente e torna-se mais ativo no estado fundido. O polissilício possui propriedades semicondutoras e é um material semicondutor extremamente importante e excelente, mas uma pequena quantidade de impurezas pode afetar significativamente sua condutividade. Existem muitos métodos de classificação para o polissilício. Além da classificação mencionada anteriormente, de acordo com as normas nacionais da China, são apresentados aqui mais três métodos de classificação importantes. De acordo com os diferentes requisitos de pureza e usos, o polissilício pode ser dividido em polissilício de grau solar e polissilício de grau eletrônico. O polissilício de grau solar é usado principalmente na produção de células fotovoltaicas, enquanto o polissilício de grau eletrônico é amplamente utilizado na indústria de circuitos integrados como matéria-prima para chips e outros produtos. A pureza do polissilício de grau solar é de 6 a 8N, ou seja, o teor total de impurezas deve ser inferior a 10⁻⁶, e a pureza do polissilício deve atingir 99,9999% ou mais. Os requisitos de pureza para o polissilício de grau eletrônico são mais rigorosos, com um mínimo de 9N e um máximo atual de 12N. A produção de polissilício de grau eletrônico é relativamente difícil. Poucas empresas chinesas dominam a tecnologia de produção desse material, e o país ainda depende bastante de importações. Atualmente, a produção de polissilício de grau solar é muito maior do que a de polissilício de grau eletrônico, sendo a primeira cerca de 13,8 vezes maior.
De acordo com a diferença nas impurezas de dopagem e no tipo de condutividade do material de silício, ele pode ser dividido em tipo P e tipo N. Quando o silício é dopado com elementos de impureza aceptores, como boro, alumínio, gálio, etc., ele é predominantemente condutor de lacunas e é do tipo P. Quando o silício é dopado com elementos de impureza doadores, como fósforo, arsênio, antimônio, etc., ele é predominantemente condutor de elétrons e é do tipo N. As baterias do tipo P incluem principalmente as baterias BSF e as baterias PERC. Em 2021, as baterias PERC representarão mais de 91% do mercado global, e as baterias BSF serão eliminadas do mercado. Durante o período em que a tecnologia PERC substituiu a BSF, a eficiência de conversão das células do tipo P aumentou de menos de 20% para mais de 23%, aproximando-se do limite teórico superior de 24,5%, enquanto o limite teórico superior das células do tipo N é de 28,7%. As células do tipo N apresentam alta eficiência de conversão e, devido às vantagens de alta proporção bifacial e baixo coeficiente de temperatura, as empresas começaram a implantar linhas de produção em massa para baterias do tipo N. De acordo com a previsão da CPIA, a proporção de baterias do tipo N aumentará significativamente de 3% para 13,4% em 2022. Espera-se que, nos próximos cinco anos, ocorra a transição das baterias do tipo N para as do tipo P. De acordo com a qualidade da superfície, as baterias podem ser divididas em material denso, material em forma de couve-flor e material em forma de coral. A superfície do material denso apresenta o menor grau de concavidade, menos de 5 mm, sem anormalidades de cor, sem camada intermediária de oxidação e, consequentemente, o preço mais elevado. A superfície do material em forma de couve-flor apresenta um grau moderado de concavidade, de 5 a 20 mm, seção transversal moderada e preço intermediário; já a superfície do material em forma de coral possui concavidade mais acentuada, com profundidade superior a 20 mm, seção transversal mais aberta e preço mais baixo. O material denso é utilizado principalmente para a produção de silício monocristalino, enquanto os materiais em forma de couve-flor e coral são utilizados principalmente para a fabricação de wafers de silício policristalino. Na produção diária das empresas, o material denso pode ser dopado com pelo menos 30% de material em forma de couve-flor para produzir silício monocristalino. Isso permite economizar no custo da matéria-prima, mas o uso do material em forma de couve-flor reduz a eficiência da produção de cristais em certa medida. As empresas precisam escolher a proporção de dopagem adequada após ponderar as duas opções. Recentemente, a diferença de preço entre o material denso e o material em forma de couve-flor estabilizou-se em cerca de 3 RMB/kg. Caso essa diferença aumente ainda mais, as empresas podem considerar a adição de uma maior quantidade de material em forma de couve-flor na produção de silício monocristalino.
3. Processo: O método Siemens domina o mercado, e o consumo de energia torna-se a chave para a mudança tecnológica.
O processo de produção de polisilício é dividido em duas etapas principais. Na primeira etapa, o pó de silício industrial reage com cloreto de hidrogênio anidro para obter triclorosilano e hidrogênio. Após repetidas destilações e purificações, obtêm-se triclorosilano gasoso, diclorodihidrosilício e silano. A segunda etapa consiste na redução do gás de alta pureza obtido anteriormente a silício cristalino, sendo que a etapa de redução difere entre o método Siemens modificado e o método de leito fluidizado de silano. O método Siemens modificado possui tecnologia de produção consolidada e produto de alta qualidade, sendo atualmente a tecnologia de produção mais utilizada. O método Siemens tradicional consiste em utilizar cloro e hidrogênio para sintetizar cloreto de hidrogênio anidro, cloreto de hidrogênio e silício industrial em pó para sintetizar triclorosilano a uma determinada temperatura, que é então separado, retificado e purificado. O silício passa por uma reação de redução térmica em um forno de redução de hidrogênio para obter silício elementar depositado sobre o núcleo de silício. Com base nisso, o processo Siemens aprimorado também conta com um processo de suporte para a reciclagem de uma grande quantidade de subprodutos, como hidrogênio, cloreto de hidrogênio e tetracloreto de silício, gerados durante o processo produtivo. Esse processo inclui principalmente a recuperação de gases residuais da redução e a reutilização do tetracloreto de silício. O hidrogênio, o cloreto de hidrogênio, o triclorosilano e o tetracloreto de silício presentes nos gases de exaustão são separados por recuperação a seco. O hidrogênio e o cloreto de hidrogênio podem ser reutilizados para a síntese e purificação do triclorosilano, que é reciclado diretamente para a redução térmica. A purificação é realizada em forno, e o tetracloreto de silício é hidrogenado para produzir triclorosilano, que pode ser utilizado para purificação. Essa etapa também é chamada de tratamento de hidrogenação a frio. Ao implementar a produção em circuito fechado, as empresas podem reduzir significativamente o consumo de matérias-primas e energia elétrica, economizando custos de produção.
O custo de produção de polisilício utilizando o método Siemens aprimorado na China inclui matérias-primas, consumo de energia, depreciação, custos de processamento, etc. O progresso tecnológico na indústria reduziu significativamente o custo. As matérias-primas referem-se principalmente ao silício industrial e ao triclorosilano, o consumo de energia inclui eletricidade e vapor, e os custos de processamento referem-se aos custos de inspeção e reparo dos equipamentos de produção. De acordo com as estatísticas da Baichuan Yingfu sobre custos de produção de polisilício no início de junho de 2022, as matérias-primas são o item de maior custo, representando 41% do custo total, sendo o silício industrial a principal fonte de silício. O consumo unitário de silício comumente utilizado na indústria representa a quantidade de silício consumida por unidade de produtos de silício de alta pureza. O método de cálculo consiste em converter todos os materiais que contêm silício, como o pó de silício industrial terceirizado e o triclorosilano, em silício puro e, em seguida, deduzir o teor de silício puro do triclorosilano terceirizado, de acordo com a proporção de silício puro convertida. De acordo com dados da CPIA, o consumo de silício deverá cair 0,01 kg/kg-Si para 1,09 kg/kg-Si em 2021. Espera-se que, com o aprimoramento do tratamento de hidrogenação a frio e a reciclagem de subprodutos, esse consumo diminua para 1,07 kg/kg-Si até 2030. Segundo estatísticas incompletas, o consumo de silício das cinco maiores empresas chinesas do setor de polissilício é inferior à média do setor. Sabe-se que duas delas consumirão 1,08 kg/kg-Si e 1,05 kg/kg-Si, respectivamente, em 2021. O segundo maior gasto é com energia, representando 32% do total, dos quais 30% correspondem à eletricidade, indicando que o preço e a eficiência energética ainda são fatores importantes para a produção de polissilício. Os dois principais indicadores para medir a eficiência energética são o consumo total de energia e a redução do consumo de energia. O consumo de energia para redução refere-se ao processo de redução do triclorosilano e do hidrogênio para gerar material de silício de alta pureza. Esse consumo inclui o pré-aquecimento e a deposição do núcleo de silício, a manutenção da temperatura, a ventilação final e outros processos. Em 2021, com o progresso tecnológico e a utilização integrada de energia, o consumo médio de energia para a produção de polisilício diminuirá 5,3% em relação ao ano anterior, para 63 kWh/kg-Si, e o consumo médio de energia para redução diminuirá 6,1% em relação ao ano anterior, para 46 kWh/kg-Si, com expectativa de novas reduções no futuro. Além disso, a depreciação também representa um item importante de custo, correspondendo a 17%. Vale ressaltar que, segundo dados da Baichuan Yingfu, o custo total de produção de polissilício no início de junho de 2022 era de aproximadamente 55.816 yuans/ton, o preço médio do polissilício no mercado era de cerca de 260.000 yuans/ton e a margem de lucro bruto chegava a 70% ou mais, o que atraiu um grande número de empresas a investir na construção de capacidade de produção de polissilício.
Existem duas maneiras pelas quais os fabricantes de polisilício podem reduzir custos: uma é a redução dos custos de matéria-prima e a outra é a redução do consumo de energia. Em relação às matérias-primas, os fabricantes podem reduzir os custos firmando acordos de cooperação de longo prazo com fabricantes de silício industrial ou construindo capacidade de produção integrada a montante e a jusante. Por exemplo, as fábricas de produção de polisilício dependem basicamente de seu próprio fornecimento de silício industrial. Em relação ao consumo de energia, os fabricantes podem reduzir os custos de eletricidade aproveitando os baixos preços da energia e promovendo a melhoria do consumo energético de forma abrangente. Cerca de 70% do consumo energético total é proveniente da redução do consumo de energia, e essa redução é um fator crucial na produção de silício cristalino de alta pureza. Portanto, a maior parte da capacidade de produção de polisilício na China está concentrada em regiões com baixos preços de energia, como Xinjiang, Mongólia Interior, Sichuan e Yunnan. No entanto, com o avanço da política de dois carbonos, está difícil obter grandes quantidades de recursos energéticos a baixo custo. Assim, a redução do consumo de energia é a maneira mais viável de reduzir custos atualmente. Atualmente, a maneira mais eficaz de reduzir o consumo de energia na redução é aumentar o número de núcleos de silício no forno de redução, expandindo assim a produção por unidade. Os tipos de fornos de redução mais comuns na China atualmente são os de 36, 40 e 48 pares de hastes. A modernização para fornos de 60 e 72 pares de hastes também exige um nível tecnológico de produção mais elevado por parte das empresas.
Comparado ao método Siemens aprimorado, o método de leito fluidizado de silano apresenta três vantagens: baixo consumo de energia, alta produtividade na extração de cristais e maior facilidade de combinação com a tecnologia Czochralski contínua (CCZ), mais avançada. Segundo dados da Divisão da Indústria de Silício, o consumo total de energia do método de leito fluidizado de silano é 33,33% menor que o do método Siemens aprimorado, representando uma redução de 10% no consumo de energia. Portanto, o método de leito fluidizado de silano apresenta vantagens significativas em termos de consumo de energia. Em relação à extração de cristais, as propriedades físicas do silício granular facilitam o preenchimento completo do cadinho de quartzo no processo de extração de silício monocristalino. O silício policristalino e o silício granular podem aumentar a capacidade de carregamento do cadinho em um único forno em 29%, reduzindo o tempo de carregamento em 41%, o que melhora significativamente a eficiência da extração de silício monocristalino. Além disso, o silício granular possui diâmetro pequeno e boa fluidez, sendo mais adequado para o método Czochralski contínuo (CCZ). Atualmente, a principal tecnologia de trefilação de monocristais nas faixas média e baixa é o método de refundição de monocristais RCZ, que consiste em realimentar e trefilar o cristal após a trefilação da barra de silício monocristalino. A trefilação é realizada simultaneamente, o que economiza o tempo de resfriamento da barra de silício monocristalino, aumentando assim a eficiência da produção. O rápido desenvolvimento do método Czochralski contínuo CCZ também impulsionará a demanda por silício granular. Embora o silício granular apresente algumas desvantagens, como maior geração de pó de silício devido ao atrito, grande área superficial e fácil adsorção de poluentes, além da combinação de hidrogênio em hidrogênio durante a fusão, o que pode causar falhas, de acordo com os últimos comunicados de empresas do setor, esses problemas estão sendo superados e alguns progressos já foram alcançados.
O processo de leito fluidizado de silano é maduro na Europa e nos Estados Unidos, mas encontra-se em seus estágios iniciais após a introdução por empresas chinesas. Já na década de 1980, empresas estrangeiras de silício granular, representadas pela REC e MEMC, começaram a explorar a produção de silício granular e alcançaram produção em larga escala. A capacidade total de produção de silício granular da REC atingiu 10.500 toneladas/ano em 2010 e, em comparação com a Siemens no mesmo período, apresentava uma vantagem de custo de pelo menos US$ 2-3/kg. Devido à demanda por monocristais, a produção de silício granular da empresa estagnou e acabou sendo interrompida, levando-a a formar uma joint venture com a China para estabelecer uma empresa de produção dedicada ao silício granular.
4. Matérias-primas: O silício industrial é a principal matéria-prima, e o fornecimento pode atender às necessidades de expansão do polisilício.
O silício industrial é a principal matéria-prima para a produção de polisilício. Espera-se que a produção de silício industrial da China cresça de forma constante de 2022 a 2025. De 2010 a 2021, a produção de silício industrial da China esteve em fase de expansão, com taxas médias de crescimento anual da capacidade produtiva e da produção atingindo 7,4% e 8,6%, respectivamente. De acordo com dados da SMM (Sociedade de Fabricantes e Fabricantes de Silício), o aumento recentecapacidade de produção de silício industrialA produção de silício na China será de 890.000 toneladas em 2022 e 1,065 milhão de toneladas em 2023. Supondo que as empresas de silício industrial mantenham uma taxa de utilização da capacidade e uma taxa de operação de cerca de 60% no futuro, o aumento recente na produção chinesa de silício deverá representar um avanço significativo.A capacidade de produção em 2022 e 2023 resultará em um aumento de 320.000 toneladas e 383.000 toneladas, respectivamente. De acordo com as estimativas da GFCI,A capacidade de produção de silício industrial da China em 2022/23/24/25 é de aproximadamente 5,90/697/6,71/6,5 milhões de toneladas, correspondendo a 3,55/391/4,18/4,38 milhões de toneladas.
A taxa de crescimento das duas áreas restantes de processamento de silício industrial sobreposto é relativamente lenta, e a produção chinesa de silício industrial consegue, basicamente, suprir a produção de polissilício. Em 2021, a capacidade de produção de silício industrial da China será de 5,385 milhões de toneladas, correspondendo a uma produção de 3,213 milhões de toneladas, das quais 623.000 toneladas serão destinadas à produção de polissilício, 898.000 toneladas à produção de silício orgânico e 649.000 toneladas à produção de ligas de alumínio. Além disso, cerca de 780.000 toneladas da produção serão destinadas à exportação. Em 2021, o consumo de polissilício, silício orgânico e ligas de alumínio representará 19%, 28% e 20% do silício industrial, respectivamente. De 2022 a 2025, a taxa de crescimento da produção de silício orgânico deverá permanecer em torno de 10%, e a taxa de crescimento da produção de ligas de alumínio será inferior a 5%. Portanto, acreditamos que a quantidade de silício industrial que pode ser usada para polissilício em 2022-2025 é relativamente suficiente, o que pode atender plenamente às necessidades de produção de polissilício.
5. Fornecimento de polisilício:Chinaocupa uma posição dominante e a produção gradualmente se concentra nas principais empresas.
Nos últimos anos, a produção global de polissilício tem aumentado ano a ano e se concentrado gradualmente na China. De 2017 a 2021, a produção global anual de polissilício subiu de 432.000 toneladas para 631.000 toneladas, com o crescimento mais rápido em 2021, com uma taxa de crescimento de 21,11%. Durante esse período, a produção global de polissilício se concentrou gradualmente na China, e a participação da China na produção global aumentou de 56,02% em 2017 para 80,03% em 2021. Comparando as dez maiores empresas em capacidade de produção global de polissilício em 2010 e 2021, observa-se que o número de empresas chinesas aumentou de 4 para 8, e a participação de algumas empresas americanas e coreanas caiu significativamente, saindo do grupo das dez maiores, como HEMOLOCK, OCI, REC e MEMC. A concentração da indústria aumentou significativamente, e a capacidade de produção total das dez maiores empresas do setor subiu de 57,7% para 90,3%. Em 2021, cinco empresas chinesas detinham mais de 10% da capacidade de produção, totalizando 65,7%. Existem três razões principais para a transferência gradual da indústria de polissilício para a China. Primeiro, os fabricantes chineses de polissilício possuem vantagens significativas em termos de matérias-primas, energia elétrica e custos de mão de obra. Os salários dos trabalhadores são menores do que os de outros países, portanto, o custo total de produção na China é muito menor do que no exterior e continuará a diminuir com o avanço tecnológico; segundo, a qualidade dos produtos de polissilício chineses está em constante aprimoramento, a maioria atingindo o nível de primeira classe para energia solar, e algumas empresas avançadas atendem aos requisitos de pureza. Avanços significativos foram alcançados na tecnologia de produção de polissilício de grau eletrônico superior, gradualmente substituindo as importações por polissilício produzido internamente. Empresas líderes chinesas estão promovendo ativamente a construção de projetos de polissilício de grau eletrônico. A produção de wafers de silício na China representa mais de 95% da produção mundial total, o que aumentou progressivamente a autossuficiência do país em polissilício e, consequentemente, reduziu a concorrência de empresas estrangeiras no setor.
De 2017 a 2021, a produção anual de polissilício na China aumentará de forma constante, principalmente em áreas ricas em recursos energéticos, como Xinjiang, Mongólia Interior e Sichuan. Em 2021, a produção chinesa de polissilício aumentará de 392.000 toneladas para 505.000 toneladas, um aumento de 28,83%. Em termos de capacidade produtiva, a produção de polissilício na China tem apresentado uma tendência geral de crescimento, mas sofreu uma queda em 2020 devido ao fechamento de algumas fábricas. Além disso, a taxa de utilização da capacidade das empresas chinesas de polissilício tem aumentado continuamente desde 2018, e a previsão é de que essa taxa atinja 97,12% em 2021. Em termos de províncias, a produção chinesa de polissilício em 2021 se concentrará principalmente em áreas com preços de energia elétrica baixos, como Xinjiang, Mongólia Interior e Sichuan. A produção de Xinjiang é de 270.400 toneladas, o que representa mais da metade da produção total da China.
A indústria de polissilício da China é caracterizada por um alto grau de concentração, com um índice CR6 de 77%, e a tendência de crescimento futuro é acentuada. A produção de polissilício é um setor com altas barreiras de capital e tecnologia. O ciclo de construção e produção de um projeto geralmente leva dois anos ou mais, dificultando a entrada de novos fabricantes no setor. Considerando os planos de expansão e os novos projetos para os próximos três anos, os fabricantes oligopolistas do setor continuarão a expandir sua capacidade produtiva, aproveitando suas vantagens tecnológicas e de escala, consolidando ainda mais sua posição de monopólio.
Estima-se que a oferta de polissilício na China apresentará um crescimento significativo entre 2022 e 2025, com a produção atingindo 1,194 milhão de toneladas em 2025, impulsionando a expansão da produção global. Em 2021, com a forte alta do preço do polissilício na China, os principais fabricantes investiram na construção de novas linhas de produção, atraindo, ao mesmo tempo, novas empresas para o setor. Como os projetos de polissilício levam pelo menos de um ano e meio a dois anos para entrar em operação, as novas construções de 2021 serão concluídas. A capacidade produtiva deverá entrar em funcionamento no segundo semestre de 2022 e em 2023. Isso está em consonância com os planos de novos projetos anunciados pelos principais fabricantes atualmente. A nova capacidade de produção no período de 2022 a 2025 concentra-se principalmente em 2022 e 2023. Depois disso, à medida que a oferta e a demanda de polissilício e o preço se estabilizam gradualmente, a capacidade total de produção do setor também se estabilizará, ou seja, a taxa de crescimento da capacidade de produção diminuirá gradualmente. Além disso, a taxa de utilização da capacidade das empresas de polissilício manteve-se elevada nos últimos dois anos, mas a capacidade de produção de novos projetos levará tempo para atingir seu potencial máximo, e os novos entrantes precisarão de um processo para dominar a tecnologia de preparação relevante. Portanto, a taxa de utilização da capacidade de novos projetos de polissilício nos próximos anos será baixa. Com base nisso, a produção de polissilício no período de 2022 a 2025 pode ser prevista em cerca de 1,194 milhão de toneladas para 2025.
A concentração da capacidade de produção no exterior é relativamente alta, e a taxa e a velocidade de aumento da produção nos próximos três anos não serão tão elevadas quanto as da China. A capacidade de produção de polissilício no exterior está concentrada principalmente em quatro empresas líderes, sendo as demais de pequena capacidade produtiva. Em termos de capacidade de produção, a Wacker Chem detém metade da capacidade de produção de polissilício no exterior. Suas fábricas na Alemanha e nos Estados Unidos têm capacidades de produção de 60.000 toneladas e 20.000 toneladas, respectivamente. A forte expansão da capacidade de produção global de polissilício em 2022 e nos anos seguintes pode gerar preocupação com o excesso de oferta; por isso, a empresa permanece em compasso de espera e não planeja adicionar nova capacidade de produção. A gigante sul-coreana de polissilício OCI está gradualmente transferindo sua linha de produção de polissilício de grau solar para a Malásia, mantendo a linha original de produção de polissilício de grau eletrônico na China, que deverá atingir 5.000 toneladas em 2022. A capacidade de produção da OCI na Malásia atingirá 27.000 toneladas em 2020 e 30.000 toneladas em 2021, respectivamente, alcançando baixos custos de consumo de energia e evitando as altas tarifas chinesas sobre o polissilício nos Estados Unidos e na Coreia do Sul. A empresa planeja produzir 95.000 toneladas, mas a data de início ainda não foi definida. Espera-se que a produção aumente em 5.000 toneladas por ano nos próximos quatro anos. A empresa norueguesa REC possui duas bases de produção nos estados de Washington e Montana, nos EUA, com capacidade de produção anual de 18.000 toneladas de polissilício de grau solar e 2.000 toneladas de polissilício de grau eletrônico. A REC, que enfrentava sérias dificuldades financeiras, optou por suspender a produção. Estimulada pela alta dos preços do polissilício em 2021, a empresa decidiu retomar a produção de 18.000 toneladas em projetos no estado de Washington e 2.000 toneladas em Montana até o final de 2023, com previsão de conclusão do aumento da capacidade produtiva em 2024. A Hemlock é a maior produtora de polissilício dos Estados Unidos, especializada em polissilício de alta pureza para uso eletrônico. As altas barreiras tecnológicas de produção dificultam a substituição dos produtos da empresa no mercado. Considerando que a empresa não planeja construir novos projetos nos próximos anos, espera-se que sua capacidade produtiva entre 2022 e 2025 se mantenha em 18.000 toneladas anuais. Além disso, em 2021, a nova capacidade produtiva de outras empresas, além das quatro mencionadas, será de 5.000 toneladas. Devido à falta de consenso sobre os planos de produção de todas as empresas, assume-se aqui que a nova capacidade de produção será de 5.000 toneladas por ano, de 2022 a 2025.
De acordo com a capacidade de produção no exterior, estima-se que a produção de polissilício no exterior em 2025 será de cerca de 176.000 toneladas, assumindo que a taxa de utilização da capacidade de produção de polissilício no exterior permaneça inalterada. Após a forte alta do preço do polissilício em 2021, as empresas chinesas aumentaram e expandiram a produção. Em contrapartida, as empresas estrangeiras estão mais cautelosas em seus planos para novos projetos. Isso ocorre porque o domínio da indústria de polissilício já está sob o controle da China, e um aumento indiscriminado da produção pode acarretar prejuízos. Do ponto de vista dos custos, o consumo de energia é o maior componente do custo do polissilício, portanto, o preço da eletricidade é muito importante, e regiões como Xinjiang, Mongólia Interior e Sichuan apresentam vantagens significativas. Do ponto de vista da demanda, como consumidora direta de polissilício, a produção chinesa de wafers de silício responde por mais de 99% do total mundial. A indústria de transformação do polissilício está concentrada principalmente na China. O preço do polissilício produzido é baixo, o custo de transporte é baixo e a demanda é totalmente garantida. Em segundo lugar, a China impôs tarifas antidumping relativamente altas sobre as importações de polissilício de grau solar dos Estados Unidos e da Coreia do Sul, o que reprimiu consideravelmente o consumo de polissilício desses países. Portanto, é preciso cautela na construção de novos projetos. Além disso, nos últimos anos, as empresas chinesas de polissilício no exterior têm apresentado um desenvolvimento lento devido ao impacto das tarifas, e algumas linhas de produção foram reduzidas ou mesmo fechadas, e sua participação na produção global tem diminuído ano a ano. Assim, elas não serão comparáveis à alta dos preços do polissilício em 2021, visto que os altos lucros das empresas chinesas não são suficientes para sustentar uma expansão rápida e em larga escala de sua capacidade produtiva.
Com base nas respectivas previsões de produção de polissilício na China e no exterior de 2022 a 2025, é possível calcular o valor previsto para a produção global de polissilício. Estima-se que a produção global de polissilício em 2025 atingirá 1,371 milhão de toneladas. De acordo com o valor previsto para a produção de polissilício, pode-se obter aproximadamente a participação da China na produção global. Espera-se que a participação da China aumente gradualmente de 2022 a 2025, ultrapassando 87% em 2025.
6. Resumo e Perspectivas
O polissilício está localizado a jusante do silício industrial e a montante de toda a cadeia produtiva das indústrias fotovoltaica e de semicondutores, sendo sua posição de extrema importância. A cadeia produtiva da indústria fotovoltaica geralmente se divide em polissilício - wafer de silício - célula - módulo - capacidade instalada fotovoltaica, enquanto a cadeia produtiva da indústria de semicondutores geralmente se divide em polissilício - wafer de silício monocristalino - wafer de silício - chip. Diferentes aplicações exigem diferentes níveis de pureza para o polissilício. A indústria fotovoltaica utiliza principalmente polissilício de grau solar, enquanto a indústria de semicondutores utiliza polissilício de grau eletrônico. O primeiro apresenta uma pureza entre 6N e 8N, enquanto o segundo requer uma pureza de 9N ou superior.
Durante anos, o principal processo de produção de polissilício em todo o mundo foi o método Siemens modificado. Nos últimos anos, algumas empresas têm explorado ativamente o método de leito fluidizado de silano, de menor custo, o que pode impactar o padrão de produção. O polissilício em forma de bastão produzido pelo método Siemens modificado apresenta características de alto consumo de energia, alto custo e alta pureza, enquanto o silício granular produzido pelo método de leito fluidizado de silano apresenta características de baixo consumo de energia, baixo custo e pureza relativamente baixa. Algumas empresas chinesas já implementaram a produção em massa de silício granular e a tecnologia de utilização de silício granular para a produção de polissilício, mas essa tecnologia ainda não foi amplamente difundida. A possibilidade de o silício granular substituir o polissilício no futuro dependerá de fatores como a capacidade da vantagem de custo em compensar a desvantagem em termos de qualidade, o impacto nas aplicações subsequentes e a melhoria da segurança do silano. Nos últimos anos, a produção global de polissilício tem aumentado ano a ano, concentrando-se gradualmente na China. De 2017 a 2021, a produção global anual de polissilício aumentará de 432.000 toneladas para 631.000 toneladas, com o crescimento mais rápido em 2021. Durante esse período, a produção global de polissilício tornou-se gradualmente mais concentrada na China, e a participação chinesa na produção total aumentou de 56,02% em 2017 para 80,03% em 2021. De 2022 a 2025, a oferta de polissilício apresentará um crescimento em larga escala. Estima-se que a produção de polissilício na China em 2025 será de 1,194 milhão de toneladas, e a produção no exterior atingirá 176.000 toneladas. Portanto, a produção global de polissilício em 2025 será de aproximadamente 1,37 milhão de toneladas.
(Este artigo destina-se apenas à referência dos clientes da UrbanMines e não constitui qualquer aconselhamento de investimento.)