Los investigadores que trabajan a la vanguardia de una tecnología fotovoltaica (PV) emergente están pensando en cómo escalar, implementar y diseñar futuros paneles solares para que sean fácilmente reciclables.
Los paneles solares hechos de perovskitas pueden eventualmente desempeñar un papel importante en los esfuerzos globales de descarbonización para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. A medida que la tecnología emerge de las fases de prueba, es un momento oportuno para pensar críticamente sobre cuál es la mejor manera de diseñar paneles solares para minimizar su impacto en el medio ambiente dentro de décadas.
“Cuando tienes una tecnología en una etapa muy temprana, tienes la capacidad de diseñarla mejor. Es borrón y cuenta nueva”, dijo Joey Luther, investigador principal del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE). . ) y coautor del artículo recién publicado en la revista Materiales de la naturaleza. “Tiene más sentido en este momento impulsar la perovskita fotovoltaica hacia una mayor sostenibilidad. Estamos pensando en cómo podemos asegurarnos de tener un producto sostenible en lugar de lidiar con problemas de sostenibilidad al final de su vida práctica”.
La comunidad de investigación fotovoltaica, señala el artículo, se encuentra en una posición influyente para priorizar los esfuerzos de remanufactura, reciclaje (también conocido como una “economía circular”) y hacer de la perovskita fotovoltaica una de las fuentes de energía más sostenibles del mercado.
“Las perovskitas pueden desbloquear la próxima evolución de la energía fotovoltaica de alta eficiencia, y es nuestra responsabilidad garantizar que se produzcan, utilicen y reciclen de manera sostenible”, dijo el autor principal del estudio, Kevin Prince, ex investigador graduado del NREL que ahora está en Alemania Helmholtz Zentrum investiga perovskitas en Berlín.
Los paneles solares hechos de silicio dominan la industria y, aunque tienen muchos beneficios ambientales y climáticos, no fueron diseñados principalmente para “el círculo”. La otra tecnología solar líder, el telururo de cadmio (CdTe), ha tenido un programa de reciclaje establecido desde el inicio de la tecnología, en parte para abordar la escasez de telururo. Todo tipo de costos ambientales de la producción de tecnología, como los desafíos del reciclaje y el uso de productos químicos potencialmente tóxicos. Pero las perovskitas se encuentran en un punto de inflexión, por lo que existen oportunidades para abordar estas preocupaciones ahora.
La economía circular más eficiente comienza en la etapa de diseño y considera el abastecimiento de materiales, la elaboración de estrategias para una vida útil más larga del producto y la planificación para la gestión del final de su vida útil. Según los investigadores, la forma más representativa de evaluar los impactos ambientales de la producción de paneles solares es observar las emisiones de carbono liberadas durante la producción, la energía incorporada, el abastecimiento de materiales sostenibles y la circularidad de los módulos.
El artículo de la revista identifica preocupaciones clave de sostenibilidad para cada componente de un panel solar de perovskita. Por ejemplo, el plomo se puede diluir con otros metales químicamente similares, como el estaño, para reducir la cantidad de plomo en futuros paneles. Sin embargo, hasta la fecha, estas sustituciones se han producido a costa de la eficiencia y la durabilidad de la energía fotovoltaica, lo que requiere mucha más investigación antes de que estos semiconductores propuestos estén listos para su uso en módulos. Los investigadores también sugieren que los costosos metales preciosos utilizados en las células de investigación de perovskita, incluidos la plata y el oro, deberían reemplazarse por alternativas de menor costo como el aluminio, el cobre o el níquel para los módulos comerciales. También afirmaron que el óxido de flúor y estaño sería un material más práctico para los electrodos frontales de las celdas que el indio, más raro, utilizado en el óxido de indio y estaño.
“Queremos tener la menor cantidad de energía artificial”, dijo Luther. “Queremos mantener las emisiones artificiales al mínimo. En esta etapa, ahora existe la oportunidad de examinar esos elementos. No creo que necesitemos cambiar nada. Es más una cuestión de qué decisiones se deben tomar, y estas Los argumentos deben discutirse.”
Los autores destacan varias formas de pensar sobre la circularidad de los paneles de perovskita. Por ejemplo, la refactorización es eficaz cuando se desmonta un módulo antiguo con el objetivo de utilizar piezas específicas para crear un módulo nuevo. Mientras tanto, el reciclaje exige convertir los materiales de desecho en materias primas que luego puedan refinarse y reutilizarse. Un material que necesita atención es el vidrio especializado que proporciona soporte estructural a los módulos solares de perovskita y brinda protección contra los elementos sin dejar de estar muy limpio para permitir la máxima cantidad de luz solar. A medida que aumenten los despliegues fotovoltaicos, será más importante establecer una vía de reciclaje para el vidrio. Hoy en día, la producción de vidrio requiere materias primas y es un proceso que consume mucha energía.
Silvana Ovite, investigadora fotovoltaica y coautora del artículo, dijo que a medida que la electricidad en la red se vuelva más limpia, la producción de los paneles también será más limpia, lo que reducirá aún más las emisiones.
“Otra preocupación es el transporte del módulo final y el vidrio en bruto porque son los elementos más pesados”, dijo Ovaitt. “La fabricación local sería una excelente manera de reducir esos impactos de carbono”.
Los investigadores explicaron que aumentar la durabilidad del módulo fotovoltaico, aumentando así su vida útil, es un enfoque más eficaz para reducir la energía neta, los reembolsos de energía y las emisiones de carbono que diseñar únicamente para la circularidad. Si bien un panel puede diseñarse teniendo en cuenta el fin, su larga vida útil significa que no es necesario reciclarlo con tanta frecuencia.
“En última instancia, queremos que sean lo más sostenibles posible”, afirmó Luther. “Pero cuando llegue ese momento también queremos considerar esos aspectos. Queremos ser intencionales sobre cómo desarmarlos y reutilizar componentes importantes”.
Otros coautores del NREL son Heather Mirletz, E. Ashley Goulding, Lance Wheeler, Ross Kerner, Xiaopeng Zheng, Laura Shelhus, Paul Tracy, Colin Olden, Joseph Berry y Teresa Barnes.
La Oficina de Tecnologías de Energía Solar del DOE financió la investigación.
NREL es el principal laboratorio nacional del DOE para la investigación y el desarrollo de energías renovables y eficiencia energética. NREL es administrado por DOE por Alliance for Sustainable Energy LLC.