Come possiamo ridurre l'impatto del carbonio di una tecnologia già verde?

Questa è la domanda che i ricercatori NREL Hope Wikoff, Samantha Reese e Matthew Reese affrontano nel loro nuovo articolo in Joule , "Energia incorporata e carbonio dalla produzione di tellururo di cadmio e fotovoltaico di silicio".

Nel documento, il team si concentra sulle due tecnologie fotovoltaiche (PV) dispiegate dominanti:il silicio (Si) e il tellururo di cadmio (CdTe) fotovoltaico. Queste tecnologie ecologiche aiutano a ridurre le emissioni di carbonio ea raggiungere gli obiettivi globali di decarbonizzazione, ma i loro processi di produzione possono provocare emissioni di gas serra.

"Le tecnologie verdi sono fantastiche, ma poiché stiamo lavorando per portarle a un livello incredibile, ha senso dare un'occhiata da vicino per vedere cosa si può fare per ridurre al minimo l'impatto", ha affermato Samantha Reese, ingegnere senior e analista in Centro di analisi energetica strategica di NREL.

Per comprendere l'impatto complessivo di queste tecnologie verdi sugli obiettivi globali di decarbonizzazione, il team ha guardato oltre le metriche tradizionali come costo, prestazioni e affidabilità. Hanno valutato l'energia "incarnata" e il carbonio - l'energia sommersa e le emissioni di carbonio coinvolte nella produzione di un modulo fotovoltaico - nonché il tempo di ritorno dell'energia (il tempo impiegato da un sistema fotovoltaico per generare la stessa quantità di energia necessaria per produrlo ).

"La maggior parte dei progressi sono stati guidati da costi ed efficienza perché queste metriche sono facili da valutare", ha affermato Matthew Reese, ricercatore di fisica presso NREL. "Ma se parte del nostro obiettivo è decarbonizzare, allora ha senso guardare al quadro più ampio. C'è sicuramente un vantaggio nel cercare di aumentare l'efficienza, ma anche altri fattori sono influenti quando si tratta di sforzi di decarbonizzazione".

"Una delle cose uniche che è stata fatta in questo documento è che le prospettive della produzione e della scienza sono state riunite", ha affermato Samantha Reese. "Abbiamo combinato l'analisi del ciclo di vita con la scienza dei materiali per spiegare i risultati delle emissioni per ciascuna tecnologia ed esaminare gli effetti dei progressi futuri. Vogliamo utilizzare questi risultati per identificare le aree in cui sono necessarie ulteriori ricerche".

Il luogo di produzione e il tipo di tecnologia hanno entrambi un grande impatto sul carbonio incorporato e rappresentano due manopole chiave che possono essere ruotate per influenzare la decarbonizzazione. Osservando gli attuali mix di rete nei paesi produttori di energia solare, gli autori hanno scoperto che la produzione con un mix energetico più pulito, rispetto all'utilizzo di un mix ricco di carbone, può ridurre le emissioni di un fattore due. Inoltre, sebbene Si PV domini attualmente il mercato, le tecnologie fotovoltaiche a film sottile come CdTe e perovskiti forniscono un altro percorso per ridurre l'intensità del carbonio di un fattore aggiuntivo di due.

Questa intuizione è importante a causa del budget limitato di carbonio disponibile per supportare la scala prevista della produzione fotovoltaica nei prossimi decenni.

"Se vogliamo raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione fissati dal Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici, fino a un sesto del budget di carbonio rimanente potrebbe essere utilizzato per produrre moduli fotovoltaici", ha affermato Matthew Reese. "Questa è la portata del problema:è un'enorme quantità di produzione che deve essere realizzata per sostituire le fonti di energia utilizzate oggi."

La speranza degli autori è che, illustrando l'entità del problema, il loro articolo induca le persone a dare un'altra occhiata al potenziale utilizzo delle tecnologie fotovoltaiche a film sottile, come CdTe, e alla produzione con miscele di griglia pulite.

In definitiva, è fondamentale accelerare l'incorporazione di fonti di energia a basse emissioni di carbonio nel mix della rete elettrica.

"Uno dei grandi punti di forza del fotovoltaico è che ha questo ciclo di feedback positivo", ha affermato Nancy Haegel, direttrice centrale del Materials Science Center di NREL. "Man mano che ripuliamo la rete, in parte aggiungendo più fotovoltaico alla rete, la produzione fotovoltaica diventerà più pulita, rendendo a sua volta il fotovoltaico un prodotto ancora migliore".