Como reduzimos o impacto de carbono de uma tecnologia já verde?
Esta é a questão que os pesquisadores do NREL Hope Wikoff, Samantha Reese e Matthew Reese abordam em seu novo artigo em Joule , "Energia incorporada e carbono da fabricação de telureto de cádmio e silício fotovoltaico".

No artigo, a equipe se concentra nas duas tecnologias fotovoltaicas (PV) implantadas dominantes:silício (Si) e telureto de cádmio (CdTe) PV. Essas tecnologias verdes ajudam a reduzir as emissões de carbono e atender às metas globais de descarbonização, mas seus processos de fabricação podem resultar em emissões de gases de efeito estufa.

"As tecnologias verdes são incríveis, mas como estamos trabalhando para ampliá-las a uma magnitude incrível, faz sentido dar uma olhada para ver o que pode ser feito para minimizar o impacto", disse Samantha Reese, engenheira sênior e analista da Centro de Análise Estratégica de Energia do NREL.

Para entender o impacto geral dessas tecnologias verdes nas metas globais de descarbonização, a equipe olhou além das métricas tradicionais, como custo, desempenho e confiabilidade. Eles avaliaram a energia e o carbono "incorporados" - a energia perdida e as emissões de carbono envolvidas na fabricação de um módulo fotovoltaico - bem como o tempo de retorno da energia (o tempo que um sistema fotovoltaico leva para gerar a mesma quantidade de energia necessária para produzi-lo ).

"A maioria dos avanços foi impulsionada por custo e eficiência porque essas métricas são fáceis de avaliar", disse Matthew Reese, pesquisador de física do NREL. "Mas se parte do nosso objetivo é descarbonizar, então faz sentido olhar para o quadro maior. Certamente há um benefício em tentar aumentar a eficiência, mas outros fatores também são influentes quando se trata de esforços de descarbonização."

"Uma das coisas únicas que foi feita neste artigo é que as perspectivas de fabricação e ciência foram reunidas", disse Samantha Reese. "Combinamos a análise do ciclo de vida com a ciência dos materiais para explicar os resultados das emissões de cada tecnologia e examinar os efeitos dos avanços futuros. Queremos usar esses resultados para identificar áreas onde são necessárias pesquisas adicionais".

O local de fabricação e o tipo de tecnologia têm um grande impacto no carbono incorporado e representam dois botões principais que podem ser acionados para influenciar a descarbonização. Ao observar as misturas de rede atuais em países que fabricam energia solar, os autores descobriram que fabricar com uma mistura de energia mais limpa - em comparação com o uso de uma mistura rica em carvão - pode reduzir as emissões por um fator de dois. Além disso, embora o Si PV atualmente domine o mercado, as tecnologias fotovoltaicas de filme fino como CdTe e perovskitas fornecem outro caminho para reduzir a intensidade de carbono por um fator adicional de dois.

Essa percepção é importante devido ao orçamento limitado de carbono disponível para suportar a escala esperada de fabricação fotovoltaica nas próximas décadas.

“Se quisermos atingir as metas de descarbonização estabelecidas pelo Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas, até um sexto do orçamento de carbono restante poderia ser usado para fabricar módulos fotovoltaicos”, disse Matthew Reese. "Essa é a escala do problema - é uma enorme quantidade de fabricação que precisa ser feita para substituir as fontes de energia usadas hoje."

A esperança dos autores é que, ao ilustrar a magnitude do problema, seu artigo faça com que as pessoas analisem novamente o uso potencial de tecnologias fotovoltaicas de filme fino, como CdTe, e a fabricação com misturas de grade limpa.

Em última análise, é primordial acelerar a incorporação de fontes de energia de baixo carbono no mix da rede elétrica.

"Um dos grandes pontos fortes do PV é que ele tem esse ciclo de feedback positivo", disse Nancy Haegel, diretora do Centro de Ciência de Materiais do NREL. "À medida que limpamos a rede - em parte adicionando mais PV à rede - a fabricação de PV se tornará mais limpa, tornando o PV um produto ainda melhor."