Investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (National Renewable Energy Laboratory, NREL, por sus siglas en inglés) han realizado la primera evaluación global de los enfoques más prometedores para la gestión del final de la vida útil de los módulos solares fotovoltaicos (PV).
Los módulos fotovoltaicos tienen una vida útil de 30 años. Actualmente no existe un plan sobre cómo gestionar esto al final de su vida útil.
El volumen de módulos que ya no se necesita podría llegar a un total de 80 millones de toneladas métricas para 2050. Además de la cantidad, la naturaleza de los desechos también plantea desafíos. Los módulos fotovoltaicos están hechos de materiales valiosos, preciosos, críticos y tóxicos. Actualmente no existe un estándar sobre cómo reciclar los valiosos y mitigar los tóxicos.
Numerosos artículos revisan las opciones individuales para el reciclaje de PV, pero, hasta ahora, nadie ha realizado una evaluación global de todos los esfuerzos de reciclaje de PV para identificar los enfoques más prometedores.
“La energía fotovoltaica es una parte importante de la transición energética”, dijo Garvin Heath, científico senior de NREL que se especializa en ciencias de la sostenibilidad. “Debemos ser buenos administradores de estos materiales y desarrollar una economía circular para los módulos fotovoltaicos”.
Heath es autor principal de “Prioridades de investigación y desarrollo para el reciclaje de módulos fotovoltaicos de silicio que respaldan una economía circular“, que aparece en la revista Nature Energy. Sus coautores de NREL son Timothy Silverman, Michael Kempe, Michael Deceglie y Teresa Barnes; y ex colegas de NREL Tim Remo y Hao Cui. El equipo también colaboró con expertos externos, particularmente en fabricación solar.
“Proporciona una síntesis sucinta y profunda de dónde debemos y no debemos dirigir nuestro enfoque como investigadores, inversores y formuladores de políticas”, dijo Heath.
Los autores se centraron en el reciclaje de silicio cristalino, un material utilizado en más del 90% de los sistemas fotovoltaicos instalados en una forma muy pura. Representa aproximadamente la mitad de la energía, la huella de carbono y el costo para producir módulos fotovoltaicos, pero solo una pequeña parte de su masa. El valor de silicona está determinado por su pureza.
“Se necesita mucha inversión para hacer silicio puro”, dijo Silverman, experto en hardware fotovoltaico. “Para un módulo fotovoltaico, toma estas celdas de silicio, las sella en un paquete resistente a la intemperie donde tocan otros materiales y espera de 20 a 30 años; todo el tiempo, la tecnología fotovoltaica está mejorando. ¿Cómo podemos recuperar esa inversión en energía y materiales de la mejor manera para el medio ambiente?”
Los autores encontraron que algunos países cuentan con regulaciones de reciclaje de PV, mientras que otros apenas comienzan a considerar soluciones. Actualmente, solo existe una instalación de reciclaje dedicada al PV de silicio cristalino en el mundo debido a la cantidad limitada de desechos que se producen hoy en día.
Con base en sus hallazgos, los autores recomiendan investigación y desarrollo para reducir los costos de reciclaje y los impactos ambientales, al tiempo que maximiza la recuperación de material. Sugieren centrarse en silicio de alto valor versus obleas de silicio intactas. Este último se ha promocionado como alcanzable, pero las obleas de silicio a menudo se agrietan y probablemente no cumplan con los exigentes estándares actuales para permitir la reutilización directa. Para recuperar silicio de alto valor, los autores destacan la necesidad de investigación y desarrollo de procesos de purificación de silicio.
Los autores también enfatizan que los impactos ambientales y económicos de las prácticas de reciclaje deben explorarse utilizando análisis tecnoeconómicos y evaluaciones del ciclo de vida.
Finalmente, los autores señalan que, para empezar, encontrar formas de evitar el desperdicio es una parte importante de la ecuación, incluida la forma de hacer que los paneles solares duren más, usar materiales de manera más efectiva y producir electricidad de manera más eficiente.
“Necesitamos investigación y desarrollo porque la acumulación de desechos nos sorprenderá”, dijo Silverman. “Al igual que el crecimiento exponencial de las instalaciones fotovoltaicas, parecerá que se mueve lentamente y luego se acelera rápidamente. Para cuando haya suficiente desperdicio para abrir una instalación dedicada a la energía fotovoltaica, necesitamos haber estudiado el proceso adecuado”.
Si tiene éxito, estos hallazgos podrían contribuir con una pieza de una economía circular fotovoltaica.
La Oficina de Tecnologías de Energía Solar del Departamento de Energía de los Estados Unidos financió el análisis.
NREL es el principal laboratorio nacional del Departamento de Energía de EE. UU. para investigación y desarrollo de energía renovable y eficiencia energética. NREL es operado para el Departamento de Energía por The Alliance for Sustainable Energy, LLC.
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