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Pesquisadores que trabalham na vanguarda de uma tecnologia fotovoltaica (FV) emergente estão pensando no futuro sobre como dimensionar, implementar e projetar futuros painéis solares para que sejam facilmente recicláveis.
Painéis solares feitos de perovskitas podem eventualmente desempenhar um papel importante em meio aos esforços globais de descarbonização para reduzir as emissões de gases de efeito estufa. À medida que a tecnologia emerge dos estágios de teste, é o momento perfeito para pensar criticamente sobre a melhor forma de projetar os painéis solares para minimizar seu impacto no meio ambiente daqui a décadas.
“Quando você tem uma tecnologia em seus estágios iniciais, você tem a capacidade de projetá-la melhor. É uma lousa mais limpa”, disse Joey Luther, pesquisador sênior do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) e coautor do artigo recém-publicado no periódico Materiais da Natureza. “Levantar a perovskita PV em direção à sustentabilidade aprimorada faz mais sentido neste estágio. Estamos pensando em como podemos garantir que temos um produto sustentável agora, em vez de lidar com problemas de sustentabilidade no final de sua vida útil.”
A comunidade de pesquisa fotovoltaica, observou o artigo, está em uma posição influente para priorizar esforços em remanufatura, reciclagem (também conhecida como “economia circular”) e confiabilidade para tornar a energia fotovoltaica de perovskita uma das fontes de energia mais sustentáveis do mercado.
“As perovskitas podem desbloquear a próxima evolução da energia fotovoltaica de alta eficiência, e é nossa responsabilidade garantir que elas sejam fabricadas, usadas e recicladas de forma sustentável”, disse o principal autor do estudo, Kevin Prince, ex-pesquisador de pós-graduação do NREL que agora pesquisa perovskitas no Helmholtz Zentrum Berlin, na Alemanha.
Painéis solares feitos de silício dominam a indústria e, embora tenham enormes benefícios ambientais e climáticos, não foram projetados inicialmente para “circularidade”. A outra tecnologia solar líder, o telureto de cádmio (CdTe), teve um programa de reciclagem estabelecido desde o início da tecnologia, em parte para lidar com a escassez de telureto. Todas as formas de fabricação de tecnologia vêm com custos ambientais, como desafios de reciclagem e o uso de produtos químicos potencialmente tóxicos. Mas as perovskitas estão em um ponto de inflexão, então a oportunidade existe para lidar com essas preocupações agora.
A economia circular mais eficiente começa na fase de design e considera o fornecimento de materiais, cria estratégias para uma longa vida útil do produto e planeja o gerenciamento do fim da vida útil. De acordo com os pesquisadores, a maneira mais representativa de avaliar os impactos ambientais da fabricação de painéis solares é observar as emissões de carbono liberadas durante a produção, energia incorporada, fornecimento sustentável de materiais e circularidade do módulo.
O artigo do periódico identifica preocupações críticas de sustentabilidade para cada componente de um painel solar de perovskita. O chumbo, por exemplo, pode ser diluído com outros metais quimicamente semelhantes, como estanho, para diminuir a quantidade de chumbo em um painel futuro. No entanto, até o momento, essas substituições têm custado a eficiência e a durabilidade do PV, exigindo muito mais pesquisa antes que esses semicondutores propostos estejam prontos para uso em módulos. Os pesquisadores também sugerem que metais preciosos caros usados em células de pesquisa de perovskita, incluindo prata e ouro, devem ser substituídos por alternativas de baixo custo, como alumínio, cobre ou níquel, para módulos comerciais. Eles também disseram que o óxido de flúor-estanho seria um material mais prático para os eletrodos frontais da célula do que o índio mais escasso usado no óxido de índio-estanho.
“Queremos ter a menor quantidade de energia incorporada na fabricação”, disse Luther. “Queremos ter a menor quantidade de emissões na fabricação. Neste estágio, agora é a chance de olhar para esses componentes. Não acho que tenhamos que mudar nada. É mais uma questão de quais decisões devem ser tomadas, e esses argumentos certamente devem ser discutidos.”
Os autores destacaram diferentes maneiras de pensar sobre a circularidade dos painéis de perovskita. A remanufatura, por exemplo, entra em cena quando um módulo antigo é desmontado com o objetivo de usar certas peças para fazer um novo módulo. A reciclagem, por sua vez, exige a conversão de materiais residuais em matérias-primas que podem ser refinadas e reutilizadas. Um componente que requer atenção é o vidro especializado que fornece suporte estrutural para módulos solares de perovskita e oferece proteção contra os elementos, permanecendo muito claro para permitir a entrada de uma quantidade máxima de luz solar. Estabelecer um caminho de reciclagem para o vidro se tornará mais crítico à medida que a implantação de PV cresce. A fabricação de vidro, como está hoje, requer matérias-primas e é um processo que consome muita energia.
Silvana Ovaitt, pesquisadora de energia fotovoltaica e coautora do artigo, disse que, à medida que a eletricidade na rede se torna mais limpa, a fabricação dos painéis também será mais limpa, reduzindo ainda mais as emissões.
“Outra preocupação é o transporte dos módulos finais e do vidro bruto, porque esses são os itens mais pesados”, disse Ovaitt. “A fabricação local será uma ótima maneira de reduzir esses impactos de carbono.”
Os pesquisadores explicam que aumentar a durabilidade do módulo fotovoltaico, aumentando assim sua vida útil, é uma abordagem mais eficaz para reduzir a energia líquida, o retorno de energia e as emissões de carbono do que projetar apenas para a circularidade. Embora um painel possa ser projetado com o fim em mente, uma vida útil mais longa significa que ele não precisará ser reciclado com tanta frequência.
“No final das contas, queremos torná-los o mais duráveis possível”, disse Luther. “Mas também queremos considerar os aspectos de quando esse momento chegar. Queremos ser deliberados sobre como desmontá-los e reutilizar os componentes críticos.”
Os outros coautores, todos do NREL, são Heather Mirletz, E. Ashley Gaulding, Lance Wheeler, Ross Kerner, Xiaopeng Zheng, Laura Schelhas, Paul Tracy, Colin Wolden, Joseph Berry e Teresa Barnes.
O Escritório de Tecnologias de Energia Solar do DOE financiou a pesquisa.
O NREL é o principal laboratório nacional do DOE para pesquisa e desenvolvimento de energia renovável e eficiência energética. O NREL é operado para o DOE pela Alliance for Sustainable Energy LLC.
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