¿Cómo reducimos el impacto de carbono de una tecnología ya verde?

Esta es la pregunta que los investigadores del NREL Hope Wikoff, Samantha Reese y Matthew Reese abordan en su nuevo artículo en Joule , "Energía incorporada y carbono a partir de la fabricación de fotovoltaicos de telururo de cadmio y silicio".

En el documento, el equipo se centra en las dos tecnologías fotovoltaicas (PV) desplegadas dominantes:silicio (Si) y telururo de cadmio (CdTe) PV. Estas tecnologías ecológicas ayudan a reducir las emisiones de carbono y cumplen los objetivos globales de descarbonización, pero sus procesos de fabricación pueden generar emisiones de gases de efecto invernadero.

"Las tecnologías ecológicas son asombrosas, pero como estamos trabajando para escalarlas hasta una magnitud increíble, tiene sentido observar de cerca qué se puede hacer para minimizar el impacto", dijo Samantha Reese, ingeniera sénior y analista en Centro de Análisis Estratégico de Energía de NREL.

Para comprender el impacto general de estas tecnologías ecológicas en los objetivos globales de descarbonización, el equipo miró más allá de las métricas tradicionales como el costo, el rendimiento y la confiabilidad. Evaluaron la energía y el carbono "incorporados" (la energía hundida y las emisiones de carbono involucradas en la fabricación de un módulo fotovoltaico), así como el tiempo de recuperación de la energía (el tiempo que tarda un sistema fotovoltaico en generar la misma cantidad de energía que se requiere para producirlo). ).

"La mayoría de los avances han sido impulsados ​​por el costo y la eficiencia porque esas métricas son fáciles de evaluar", dijo Matthew Reese, investigador de física en NREL. "Pero si parte de nuestro objetivo es descarbonizar, entonces tiene sentido mirar el panorama general. Sin duda, hay un beneficio en tratar de impulsar las eficiencias, pero otros factores también influyen cuando se trata de esfuerzos de descarbonización".

"Una de las cosas únicas que se hizo en este documento es que se unieron las perspectivas de fabricación y ciencia", dijo Samantha Reese. "Combinamos el análisis del ciclo de vida con la ciencia de los materiales para explicar los resultados de emisión de cada tecnología y examinar los efectos de los avances futuros. Queremos usar estos resultados para identificar áreas donde se necesita investigación adicional".

La ubicación de fabricación y el tipo de tecnología tienen un gran impacto en el carbono incorporado y representan dos perillas clave que se pueden girar para influir en la descarbonización. Al observar las combinaciones de redes actuales en los países que fabrican energía solar, los autores descubrieron que la fabricación con una combinación de energía más limpia, en comparación con el uso de una combinación rica en carbón, puede reducir las emisiones por un factor de dos. Además, aunque la energía fotovoltaica de Si actualmente domina el mercado, las tecnologías fotovoltaicas de película delgada como CdTe y perovskitas brindan otro camino para reducir la intensidad de carbono por un factor adicional de dos.

Esta información es importante debido al limitado presupuesto de carbono disponible para respaldar la escala esperada de fabricación fotovoltaica en las próximas décadas.

"Si queremos alcanzar los objetivos de descarbonización establecidos por el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático, hasta una sexta parte del presupuesto de carbono restante podría usarse para fabricar módulos fotovoltaicos", dijo Matthew Reese. "Esa es la escala del problema:se debe realizar una enorme cantidad de fabricación para reemplazar las fuentes de energía que se utilizan en la actualidad".

La esperanza de los autores es que, al ilustrar la magnitud del problema, su artículo haga que las personas vuelvan a analizar el uso potencial de las tecnologías fotovoltaicas de película delgada, como CdTe, y la fabricación con mezclas de red limpias.

En última instancia, es primordial acelerar la incorporación de fuentes de energía con bajas emisiones de carbono en la combinación de la red eléctrica.

"Una de las grandes fortalezas de la energía fotovoltaica es que tiene este ciclo de retroalimentación positiva", dijo Nancy Haegel, directora del Centro de Ciencias de Materiales de NREL. "A medida que limpiamos la red, en parte agregando más energía fotovoltaica a la red, la fabricación de energía fotovoltaica será más limpia, lo que a su vez hará que la energía fotovoltaica sea un producto aún mejor".