Opracowanie strategii recyklingu dla nowej, nadchodzącej generacji modułów fotowoltaicznych – wykonanych z perowskitów, halogenków metali, rodziny materiałów krystalicznych o strukturze podobnej do naturalnego minerału tytanianu wapnia – doda kluczowy element w przemyśle PV zwiększający przyjazność dla środowiska. W opracowaniu opublikowanym 24 czerwca na łamach Nature Sustainability naukowcy wskazują na korzyści z recyklingu perowskitowych paneli PV, choć są one wciąż na etapie rozwoju komercyjnego.

Ogniwo słoneczne wykonane z perowskitów jest obiecującym rozwiązaniem pod względem  energooszczędności, skalowalności i trwałości produkcji paneli słonecznych. Dla większej równowagi środowiskowego powinny być poddane recyklingowi.

– Kiedy perowskitowe panele słoneczne osiągną kres użytkowania? Jak poradzimy sobie z tego rodzaju odpadami elektronicznymi? – pyta Fengqi You,You, profesor Cornell Atkinson Center for Sustainability. – To nowa klasa materiałów. Dzięki odpowiedniemu recyklingowi, możemy potencjalnie zmniejszyć ich i tak już niski ślad węglowy – dodaje.

Obecnie naukowcy i inżynierowie projektujący ogniwa fotowoltaiczne  zwracają uwagę przede wszystkim na ich wydajność. Dążą do uzyskania wydajności konwersji energii i stabilności, a często zaniedbują ich projektowanie pod kątem recyklingu.

W zeszłym roku You i jego laboratorium odkryli, że płytki w panelach zawierające struktury całkowicie perowskitowe przewyższają ogniwa fotowoltaiczne wykonane z najnowocześniejszego krzemu krystalicznego, a tandem perowskitowo-krzemowy sprawdza się wyjątkowo dobrze. Perowskitowe płytki fotowoltaiczne oferują szybszy zwrot z początkowej inwestycji w energię niż panele bazujące na krzemie, ponieważ wszystkie perowskitowe ogniwa słoneczne zużywają mniej energii w procesie produkcyjnym.

Kluczem jest zmniejszenie zużycie energii w produkcji paneli

Przetworzone ogniwa perowskitowe mogą przynieść o 72,6 proc. niższe zużycie energii pierwotnej i 71,2 – procentową redukcję śladu węglowego, zgodnie z wnioskami płynącymi z publikacji „Life Cycle Assessment of Recycling Strategies for Perovskite Photovoltaic Modules”, której współautorami są Xueyu Tian, doktorant w Cornell Systems Engineering, oraz Samuel D. Stranks z Uniwersytetu w Cambridge.

– Obniżenie energii potrzebnej do produkcji ogniw wskazuje na znaczącą redukcję zwrotu energii i emisji gazów cieplarnianych – wyjaśnia Tian.

Z badań wynika, że najlepsze dotychczas struktury ogniw perowskitowych poddane recyklingowi pozwolą na “zwrot” energii wynoszący około jednego miesiąca, przy śladzie węglowym 13,4 g CO2/kWh wyprodukowanej energii elektrycznej. Bez recyklingu czas zwrotu energii i ślad węglowy nowych perowskitowych ogniw słonecznych wynosi od 70 dni do 13 miesięcy, a emisja CO2 w całym cyklu życia – od 27,5 do 158 gramów.

W przypadku wiodących obecnie na rynku krzemowych ogniw fotowoltaicznych okres zwrotu energii wynosi od 1,3 do 2,4 roku, a początkowy ślad węglowy od 22,1 do 38,1 g/kWh.

Świadoma polityka publiczna wraz ze strategiami rozwoju infrastruktury recyklingu może jeszcze bardziej złagodzić wpływ produkcji ogniw PV na środowisko. “Recykling sprawia, że perowskity prześcigają wszystkich innych rywali” – wskazuje Tian. Realna wartość efektywnego przemysłu ekologicznych perowskitowych paneli słonecznych powinna polegać na programie recyklingu.

Źródło: Uniwersytet Cornella 

Patrycja Rapacka

Analityk i redaktor w GLOBEnergia. Transformacja energetyczna, OZE, offshore wind, atom