Los investigadores a la vanguardia de la tecnología fotovoltaica (PV) emergente están pensando en cómo escalar, implementar y diseñar los paneles solares del futuro para que se puedan reciclar fácilmente.
Los paneles solares hechos de perovskitas podrían eventualmente desempeñar un papel clave en medio de los esfuerzos globales de descarbonización para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. A medida que la tecnología emerge de las etapas de prueba, es hora de 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 tecnología en sus primeras etapas, tienes la capacidad de diseñarla mejor”, dijo Joey Luther, investigador principal del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE). Es borrón y cuenta nueva. ” ) y autor del artículo de revista recientemente publicado Materiales naturales. “Tiene más sentido en esta etapa impulsar la perovskita fotovoltaica hacia una mejor sostenibilidad. Estamos pensando en cómo podemos asegurarnos de que tengamos problemas de sostenibilidad al final de nuestra vida práctica en lugar de lidiar con problemas de sostenibilidad. Hay un producto sostenible. “
El artículo señala que la comunidad de investigación fotovoltaica está comprometida a priorizar la remanufactura, el reciclaje (también conocido como una “economía circular”) y los esfuerzos de confiabilidad para 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, ex investigador graduado del NREL, Kevin Prince. Actualmente investiga sobre perovskitas en Helmholtz Zentrum Berlin, Alemania.
Los paneles solares hechos de silicio dominan la industria y, si bien tienen muchos beneficios ambientales y climáticos, inicialmente no fueron diseñados para la “circularidad”. Otra tecnología solar líder, el telururo de cadmio (CdTe), ha implementado un programa de reciclaje desde el inicio de la tecnología, en parte para compensar la escasez de telururo. Todas las formas de fabricación tecnológica conllevan costos ambientales, 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 ahora tenemos la oportunidad de abordar esas preocupaciones.
La economía circular más eficaz comienza en la etapa de diseño y considera el abastecimiento de materiales, las estrategias para la longevidad del producto y la planificación de la gestión del final de su vida útil. Según los investigadores, la forma más representativa de evaluar el impacto ambiental de la fabricación de paneles solares es observar las emisiones de carbono liberadas durante la producción, la energía incorporada, el abastecimiento de materiales sostenibles y la rotación de los módulos.
El artículo de la revista identifica preocupaciones clave de sostenibilidad para cada componente de los paneles solares de perovskita. El plomo, por ejemplo, se puede diluir con otros metales químicamente similares, como el estaño, para reducir la cantidad de plomo en un panel futuro. Sin embargo, hasta la fecha, estas alternativas 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 con alternativas de menor costo como el aluminio, el cobre o el níquel para los módulos comerciales. También afirmó que el flúor sería un material más práctico para los electrodos frontales de una celda de óxido de estaño que el indio pobre utilizado en el óxido de indio y estaño.
“Queremos generar la menor cantidad de energía”, dijo Luther. “Queremos lograr la menor cantidad de emisiones en la fabricación. En esta etapa, ahora tenemos la oportunidad de analizar estos componentes. No creo que necesitemos cambiar nada. Es más importante que qué. Se deben tomar decisiones, y esos argumentos deben ser debatidos”.
Los autores destacan diferentes formas de pensar sobre la rotación de los paneles de perovskita. Por ejemplo, la remanufactura se produce cuando se desmonta un módulo antiguo con el objetivo de utilizar piezas para fabricar un módulo nuevo. Mientras tanto, el reciclaje exige convertir los materiales de desecho en materias primas que luego puedan refinarse y reutilizarse. Un componente que necesita atención es el vidrio especial que proporciona soporte estructural a los módulos solares de perovskita y brinda protección contra los elementos mientras permanece perfectamente transparente para permitir la entrada de la máxima cantidad de luz solar. A medida que aumente el uso de energía fotovoltaica, será más importante establecer una vía de reciclaje para el vidrio. La fabricación de vidrio tal como está hoy en día requiere materias primas y es un proceso que consume mucha energía.
La investigadora fotovoltaica y autora del artículo Silvana Ovett dijo que a medida que la propia electricidad en la red se vuelva más limpia, la fabricación de los paneles también será más limpia, lo que reducirá aún más las emisiones.
“Otra preocupación es el transporte de los módulos finales 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 explican que aumentar la durabilidad de un módulo fotovoltaico, aumentando así su vida útil, es una forma más eficaz de reducir la energía neta, el retorno de energía y las emisiones de carbono que simplemente diseñarlo para que gire. Aunque un panel se puede diseñar teniendo en cuenta el fin, la longevidad significa que no tendrá que reciclarse con tanta frecuencia.
“En última instancia, queremos que sean lo más sostenibles posible”, dijo Luther. “Pero también queremos considerar esos aspectos cuando llegue el momento. Queremos pensar en separarlos deliberadamente y reutilizar los componentes clave”.
Otros autores, todos de NREL, son Heather Mirletz, E. Ashley Gaulding, Lance Wheeler, Ross Kerner, Xiaopeng Zheng, Laura Schelhas, Paul Tracy, Colin Wolden, 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 operado para el DOE por Alliance for Sustainable Energy LLC.
