W roku 2013 ukazała się nakładem wydawnictwa Springer książka „Niezamierzone konsekwencje odnawialnych źródeł energii” (ang. Unintended Consequences of Renewable Energy) autorstwa Otto Andersena.

Poruszone zostały  w niej kwestie związane ze skutkami wdrożenia rozwiązań z zakresu energetyki odnawialnej na skalę masową oraz  uwypuklona potrzeba podjęcia badań oraz działań mających na celu sprawne i precyzyjne wykrywanie negatywnych skutków nowych rozwiązań, zanim spowodują one uszczerbek na środowisku naturalnym.

Pojawiający  się  w  tytule  termin  „niezamierzone  konsekwencje”  zdefiniowany  został  przez  Mertona  jako  sytuacja,  w  której  decydenci  są  tak  bardzo  ukierunkowani    na    uzyskanie    natychmiastowych    korzyści   z  podjętych  przez  siebie  działań,  że  nie  poddają  pod  rozwagę   przyszłych   konsekwencji   swoich   decyzji.  Bezpośrednie   odniesienie   do   energetyki   „zielonej”  pojawia   się   w   książce   Green   Technology   (artykuł   Ozzie  Zehner  2011),  gdzie  stwierdzono,  że  niezamierzone  konsekwencje  mogą  częściowo  lub  całkowicie  zniwelować oczekiwane korzyści środowiskowe wynikające  z  wykorzystania  technologii  opierających  się  o  niewyczerpujące się źródła energii. W poniższym artykule przedstawione zostaną w sposób jakościowy oraz  ilościowy  potencjalne  emisje  substancji  szkodliwych,  które mogą wystąpić w cyklu życia modułów PV. Możliwe emisje w fazie produkcyjnej Bezpośrednia  konwersja  promieniowania  słonecznego  na  energię  elektryczną  z  wykorzystaniem  modułów fotowoltaicznych jest w szczególności ceniona za  swoją wysoką niezawodność oraz niskie koszty opera-cyjne. Chociaż wykorzystanie systemów fotowoltaicznych wydaje się nie wywierać negatywnego wpływu  na środowisko naturalne, pociąga za sobą zagrożenia  związane  z  emisją  szkodliwych  substancji  w  ramach  procesu  produkcyjnego  oraz  na  etapie  ich  usuwania  po wykorzystaniu. (…)

Zagrożenie pożarem instalacji fotowoltaicznej
Systemy  fotowoltaiczne  są  różne,  ale  nie  są  bardziej  niebezpieczne  niż  tradycyjne instalacje elektryczne. Takie stwierdzenie  było  konkluzją  warsztatów  zorganizowanych  przez  Fraunhofer  Institut  w  styczniu  2013.  Bazując  na  danych  niemieckich  zauważono,  że  ponad  1,3  miliona  zainstalowanych  obecnie  systemów  fotowoltaicznych  na  przestrzeni  ostatnich  20  lat  doświadczyło 350 pożarów z czego w 120  z  nich  błąd/awaria  samego  systemu  okazała się przyczyną pożaru [1]. Pod znakiem  zapytania staje jednak prawdopodobieństwo  emisji  kadmu  w  trakcie  pożaru  systemu  fotowoltaicznego.  Moduły  cienkowarstwowe  wykonane  z  tellurku  kadmu  (CdTe)  i  siarczku  kadmu  (CdS).  W  przeprowadzonym  przez  Bayerisches  Landesamt  für  Umwelt  badaniu  [2]  wykazano,  że  zawartość  kadmu  w  modułach  CdTe  zawiera  się  w  przedziale  6,55  g  Cd/m 2   –   66,4  g  Cd/m 2,  przy  wartości  średniej  na  poziomie  14  g  Cd/m 2 .  Nowsze  badania  z  roku  2007  pokazują,  że  typowy  moduł  CdTe o wymiarach 120 cm x 60 cm zawiera 18 g CdTe/m 2  i 0,483 g CdS/m 2 . Oznacza  to,  że  standardowy  moduł  CdTe  zawiera  mniej  niż  7  g  kadmu,  a  ta  niewielka  ilość  tego  pierwiastka  wynika  głównie  z  grubości  warstwy  CdTe  która  wynosi  około  7  µm.  W  badaniu  wzięto  pod  uwagę,  że  typowy  moduł  CdTe  zbudowany  jest z  cienkich  warstw  aktywnych  i  materiału     półprzewodnikowego     zamkniętych   w szklanej obudowie. (…)

Emisje na etapie recyklingu/utylizacji
Różne  opracowania  oraz  doświadczenia  w  praktyce  pokazują,  że  przewidywany  czas   życia   modułów   fotowoltaicznych  wynosi  około  30  lat.  Jak  można  przeczy-tać  w  [7]  zamknięcie  warstwy  aktywnej  modułu   fotowoltaicznego   w   szklanym  enkapsulancie    (szkło-szkło)    może    wydłużyć czas życia modułów do ponad 40  lat  niezawodnego  funkcjonowania. (…)

Zestawienie z innymi źródłami energii
W  ramach  analizy  wykorzystania  modułów  CdTe  poruszyliśmy  kwestię  uwolnienia  się  do  atmosfery  kadmu  oraz  jego  związków. Jednak złudnym jest, iż moduły  fotowoltaiczne  zbudowane  na  bazie  tellurku kadmu jednocześnie będą przyczyniać  się  do  jego  największej  emisji.  Otóż,  w  wypadku  różnych  źródeł  energii,  wielkość emisji kadmu związana jest głównie   z   nakładami   energetycznymi   poniesionymi  na  wytworzenie  danego  urządzenia   pozyskującego   i   przetwarzającego  energię  pierwotną  na  energię  elektryczną.  Dlatego  też,  w  zależności  od  koszyka  energetycznego  danego  kraju,  wielkość  emisji   kadmu   będzie   zmienna.   Na   rysunku   1   przedstawiono   emisje   kadmu   w  gramach,  przeliczoną  na  1  kWh  wyprodukowanej  energii.  Można  zauważyć,  że  moduły  cienkowarstwowe  CdTe  mają znacznie  mniejszą  wielkość  emisji  Cd  niż  np.  moduły  polikrystaliczne.  Wynika  to  właśnie z dużej różnicy w ilości energii potrzebnej na ich wyprodukowanie. (…)

1402 PVszkodl tabPodsumowanie
Wspomniane wcześniej   związki   o   bardzo  wysokim  potencjale  cieplarnianym,  znacznie    przewyższającym    dwutlenek  węgla, zdają się mieć niewielki wpływ na  całkowity obraz fotowoltaiki w kontekście  emisji  gazów  cieplarnianych  w  całym  cy-klu życia. Należy mieć jednak na uwadze,  że ciągle rozwijający się przemysł fotowoltaiczny oraz bardzo duża konkurencja na  rynku ogniw PV zwiększają prawdopodobieństwo niekontrolowanego uwolnienia  do  środowiska  znacznych  ilości  szkodliwych  związków.  Przed  przemysłem  fotowoltaicznym stoi jeszcze wiele nierozwiązanych problemów, a do dwóch głównych  z nich z pewnością należą obniżenie energochłonności    procesu    produkcyjnego  oraz  podniesienie  sprawności  konwersji  promieniowania słonecznego.  

Źródła:
1. Fire Protection in Photovoltaic   Systems – Facts replace Fiction.  Results of Expert Workshop. Freiburg,  February 12, 2013.  
2. Berechnung von Immissionen beim  Brand einer Photovoltaik – Anlage   aus Cadmiumtellurid-Modulen.   Bayerisches Landesamt für Umwelt. 2011.
3. www.SOLONWAT.com
4. Alsema EA (2000) Energy pay-back  time and CO2 emissions of PV systems.  Prog Photovoltaics Res Appl 8(1):17-25
5. Otto Andersen. Unintended Consequences of Renewable Energy – Problems  to be Solved. ISBNS 978-1-4471-5531-7
6. Glas-Glas-Module verlaengern Lebensdauer von Solarmodulen. Tim Schopp.  Fach. Journal 2013
7.  V.M. Fthenakis. End-of-life management  and recycling of PV modules. Energy  Policy 2000
8. www.recal.org.pl
9. Michael Held. Life Cycle assessment of  CdTe Module Recycling. University of  Stuttgart.  
10. Alsema, Fthenakis, Wild-Scholten.  Environmental Impacts of PV Electricity Generation – a Critical Comparison  of Energy Supply Options. Dresedn,  Niemcy 2006.  
11. A guide to life-cycle greenhouse  emissions (GHG) from electric supply  technologies. Daniel Weisser. PESS/ IAEA. Austria
12. Life Cycle Greenhouse Gas Emissions  from Solar Photovoltaics. National  Renewable Energy Laboratory 2012.
M. Krzywda, J. Jurasz
Wydział Zarządzania  Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie 

Cały artykuł w numerze 2/2014
2014 2 GLOBEnergia