Hoe verminderen we de CO2-impact van een toch al groene technologie?

Dit is de vraag die NREL-onderzoekers Hope Wikoff, Samantha Reese en Matthew Reese behandelen in hun nieuwe paper in Joule , "Belichaamde energie en koolstof uit de productie van cadmiumtelluride en siliciumfotovoltaïsche cellen."

In de paper concentreert het team zich op de twee dominante toegepaste fotovoltaïsche (PV) technologieën:silicium (Si) en cadmiumtelluride (CdTe) PV. Deze groene technologieën helpen de koolstofemissies te verminderen en te voldoen aan de wereldwijde doelstellingen voor decarbonisatie, maar hun productieprocessen kunnen zelf leiden tot de uitstoot van broeikasgassen.

"Groene technologieën zijn geweldig, maar aangezien we eraan werken om ze tot een ongelooflijke omvang op te schalen, is het logisch om goed te kijken wat er kan worden gedaan om de impact te minimaliseren", zegt Samantha Reese, senior engineer en analist in NREL's centrum voor strategische energieanalyse.

Om de algehele impact van deze groene technologieën op de wereldwijde doelstellingen voor decarbonisatie te begrijpen, keek het team verder dan traditionele statistieken zoals kosten, prestaties en betrouwbaarheid. Ze evalueerden "belichaamde" energie en koolstof - de verzonken energie en koolstofemissies die betrokken zijn bij de productie van een PV-module - evenals de terugverdientijd van energie (de tijd die een PV-systeem nodig heeft om dezelfde hoeveelheid energie op te wekken als nodig was om het te produceren) ).

"De meeste vooruitgang is gedreven door kosten en efficiëntie, omdat die statistieken gemakkelijk te evalueren zijn", zegt Matthew Reese, een natuurkundig onderzoeker bij NREL. "Maar als een deel van ons doel is om koolstofarm te maken, dan is het logisch om naar het grotere geheel te kijken. Het is zeker een voordeel om te proberen de efficiëntie te verhogen, maar andere factoren zijn ook van invloed als het gaat om inspanningen om de CO2-uitstoot te verminderen."

"Een van de unieke dingen die in dit artikel zijn gedaan, is dat de productie- en wetenschappelijke perspectieven bij elkaar zijn gebracht", zei Samantha Reese. "We hebben levenscyclusanalyse gecombineerd met materiaalwetenschap om de emissieresultaten voor elke technologie te verklaren en de effecten van toekomstige ontwikkelingen te onderzoeken. We willen deze resultaten gebruiken om gebieden te identificeren waar aanvullend onderzoek nodig is."

De productielocatie en het technologietype hebben beide een grote impact op belichaamd koolstof en vertegenwoordigen twee belangrijke knoppen waaraan kan worden gedraaid om decarbonisatie te beïnvloeden. Door te kijken naar de huidige netmixen in landen die zonne-energie produceren, ontdekten de auteurs dat productie met een schonere energiemix - in vergelijking met het gebruik van een steenkoolrijke mix - de uitstoot met een factor twee kan verminderen. Bovendien, hoewel Si PV momenteel de markt domineert, bieden dunnefilm PV-technologieën zoals CdTe en perovskieten een andere manier om de koolstofintensiteit met een extra factor twee te verminderen.

Dit inzicht is van belang vanwege het beperkte koolstofbudget dat beschikbaar is om de verwachte schaal van PV-productie in de komende decennia te ondersteunen.

"Als we de decarbonisatiedoelstellingen van het Intergouvernementeel Panel over klimaatverandering willen halen, kan maar liefst een zesde van het resterende koolstofbudget worden gebruikt om PV-modules te produceren", zei Matthew Reese. "Dat is de omvang van het probleem - het is een enorme hoeveelheid productie die moet worden gedaan om de energiebronnen die tegenwoordig worden gebruikt te vervangen."

De hoop van de auteurs is dat door de omvang van het probleem te illustreren, hun paper mensen ertoe zal aanzetten om opnieuw te kijken naar het mogelijke gebruik van dunne-film PV-technologieën, zoals CdTe, en productie met schone grid-mixen.

Uiteindelijk is het van het grootste belang om de integratie van koolstofarme energiebronnen in de mix van het elektriciteitsnet te versnellen.

"Een van de sterke punten van PV is dat het deze positieve feedbacklus heeft", zegt Nancy Haegel, centrumdirecteur van NREL's Materials Science Center. "Naarmate we het net opruimen - deels door meer PV aan het net toe te voegen - zal de productie van PV schoner worden, waardoor PV een nog beter product wordt."