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 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 un momento perfecto para pensar críticamente sobre cuál es la mejor manera de diseñar los paneles solares para 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 un borrón y cuenta nueva”, dijo Joey Luther, investigador principal del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y coautor del artículo recientemente publicado en la revista Nature Materials. “Impulsar la energía fotovoltaica con perovskita hacia una mayor sostenibilidad tiene más sentido en esta etapa. Estamos pensando en cómo podemos asegurarnos de tener un producto sustentable ahora en lugar de lidiar con problemas de sustentabilidad hacia el final de su vida práctica”.
La comunidad de investigación fotovoltaica, según señala el artículo, se encuentra en una posición influyente para priorizar los esfuerzos de remanufactura, reciclaje (también conocido como “economía circular”) y confiabilidad para hacer de la perovskita fotovoltaica una de las fuentes de energía más sostenibles del mercado.
«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 de manera sostenible», dijo el autor principal del estudio, Kevin Prince, ex investigador graduado del NREL que es ahora investiga perovskitas en Helmholtz Zentrum Berlin en Alemania.
Los paneles solares hechos de 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), ha tenido un programa de reciclaje establecido desde el inicio de la tecnología, en parte para abordar 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 existe la oportunidad de abordar esas preocupaciones ahora.
La economía circular más eficiente comienza en la etapa de diseño y considera el abastecimiento de materiales, elabora estrategias para una larga vida útil del producto y planifica 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 la revista identifica preocupaciones críticas de sostenibilidad para cada componente de un panel solar de perovskita. El plomo, por ejemplo, podría diluirse con otros metales químicamente similares, como el estaño, para reducir la cantidad de plomo en un panel futuro. 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, como la plata y el oro, deberían sustituirse por alternativas de bajo coste, como el aluminio, el cobre o el níquel, para los módulos comerciales. También dijeron que el óxido de flúor y estaño 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», dijo Luther. “Queremos tener la menor cantidad de emisiones en la fabricación. En esta etapa, ahora tenemos la oportunidad de examinar esos componentes. No creo que tengamos que cambiar nada. Se trata más bien de qué decisiones se deben tomar y estos argumentos ciertamente deben discutirse”.
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. Mientras tanto, el reciclaje exige la conversión de materiales de desecho en materias primas que luego pueden refinarse y reutilizarse. Un componente que requiere atención es el vidrio especializado que proporciona soporte estructural para los módulos solares de perovskita y ofrece protección contra los elementos sin dejar de ser muy transparente para permitir la entrada de la máxima cantidad de luz solar. Establecer una vía de reciclaje para el vidrio será más crítico a medida que crezca la implementación de energía 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 fotovoltaica y coautora del artículo, dijo que a medida que la 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.
