Los investigadores que trabajan en la vanguardia de una tecnología fotovoltaica emergente están pensando en cómo ampliarla, implementarla y diseñarla. futuros paneles solares para que sean fácilmente reciclables.
Segundo o NREL (Laboratorio Nacional de Energías Renovables), los módulos hechos de perovskitas eventualmente puede jugar un papel importante 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, dijeron que es la Momento perfecto pensar críticamente sobre el La mejor manera de diseñar módulos. minimizar su impacto en el medio ambiente dentro de décadas.
“Cuando tienes una tecnología en sus primeras etapas, tienes la capacidad de diseñarla mejor. Es una “pizarra” más limpia”, dijo. Joey Luther, investigador principal del NREL y coautor del artículo que acaba de publicarse en Nature Materials.
“Lo más sensato en esta etapa es llevar la perovskita fotovoltaica hacia una mayor sostenibilidad. Estamos pensando en cómo podemos asegurarnos de tener un producto sostenible ahora, en lugar de abordar problemas de sostenibilidad al final de su vida útil”, explicó.
Kevin Prince, ex investigador graduado del NREL que ahora investiga perovskitas en el Helmholtz Zentrum Berlin en Alemania, dijo que las perovskitas podrían desbloquear la próxima evolución de la energía fotovoltaica de alta eficiencia, "y es nuestra responsabilidad garantizar que se fabriquen, utilicen y reciclen". sustentablemente”.
Según NREL, los paneles solares fabricados con silicio dominan la industria y, si bien tienen enormes beneficios ambientales y climáticos, inicialmente no fueron diseñados para la “circularidad”.
La otra tecnología solar líder, el telururo de cadmio (CdTe), estableció desde el principio un programa de reciclaje, en parte para abordar la escasez de telururo. Todas las formas de fabricación de tecnología conllevan costos ambientales, como los desafíos del reciclaje y el uso de productos químicos potencialmente tóxicos. Sin embargo, las perovskitas se encuentran en un punto de inflexión, por lo que existe la oportunidad de abordar estas preocupaciones ahora.
La economía circular más eficiente comienza en la fase de diseño y considera el abastecimiento de materiales, crea estrategias para una larga vida útil del producto y planes para la gestión del final de su vida útil.
Según los investigadores, la forma más representativa de evaluar los impactos ambientales 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 circularidad de los módulos.
El artículo de Nature Materials identifica preocupaciones críticas de sostenibilidad para cada componente de un panel solar 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 módulo futuro.
Sin embargo, hasta la fecha, estos reemplazos 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 metales preciosos utilizados en las células de perovskita, incluidos la plata y el oro, deberían sustituirse por alternativas de menor coste como el aluminio, el cobre o el níquel para los módulos comerciales. También dijeron que el óxido de fluorinetina sería un material más práctico para los electrodos frontales de la celda que el indio, más escaso, utilizado en el óxido de indio y estaño.
"Queremos tener la menor cantidad de energía incorporada en la fabricación", enfatizó Joey Luther. “Además, queremos tener la menor cantidad de emisiones en la fabricación. En esta etapa, ahora tenemos la oportunidad de examinar estos componentes. No creo que tengamos que cambiar nada. Es más una cuestión de qué decisiones se deben tomar, y esos argumentos ciertamente deben discutirse”.
Más detalles
Los autores destacaron diferentes formas de pensar sobre la circularidad de los paneles de perovskita. La remanufactura, por ejemplo, entra en juego cuando se desmonta un módulo antiguo con el objetivo de utilizar determinadas piezas para fabricar un módulo nuevo. El reciclaje, a su vez, requiere la conversión de materiales de desecho en materias primas que puedan refinarse y reutilizarse.
Un componente que requiere atención es el vidrio especializado que proporciona soporte estructural a los paneles solares de perovskita y ofrece protección contra los elementos sin dejar de ser muy transparente para dejar entrar la máxima cantidad de luz solar.
Establecer una vía de reciclaje para el vidrio será más crítico a medida que crezca el despliegue de la tecnología fotovoltaica. La fabricación de vidrio, tal como está hoy en día, requiere materias primas y es un proceso que consume mucha energía.
Silvana Ovaitt, investigadora de energía fotovoltaica y coautora del artículo, dijo que a medida que la electricidad en la red se vuelva más limpia, la fabricación de paneles también será más limpia, lo que reducirá aún más las emisiones.
“Otra preocupación es el transporte de los módulos finales y del vidrio en bruto, porque son los más pesados. La fabricación local será una excelente manera de reducir estos impactos de carbono”, señaló.
Los investigadores explican que aumentar la durabilidad de los módulos fotovoltaicos, aumentando así su vida útil, es un enfoque más eficaz para reducir la energía neta, el retorno de energía y las emisiones de carbono que diseñar únicamente para la circularidad. Si bien un panel puede diseñarse teniendo en cuenta el fin, una vida útil más larga significa que no será necesario reciclarlo con tanta frecuencia.
“En última instancia, queremos que sean lo más duraderos posible. Pero también queremos considerar los aspectos de cuándo llega ese momento. Queremos deliberar sobre cómo desmontarlos y reutilizar los componentes críticos”, concluyó Luther.
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