Het totaalplaatje: de milieu-impact van een nieuwe zonneceltechnologie
Een efficiënter zonnepaneel klinkt fantastisch. Maar wat als deze nieuwe panelen meer giftige stoffen bevatten, of hun productie veel energie kost? Leidse milieuwetenschappers en hun collega’s bij het Fraunhofer ISE zochten dit uit in een nieuwe publicatie in het prestigieuze vakblad Energy & Environmental Science.
Efficiëntere zonnecellen
‘Ons onderzoek helpt ontwikkelaars bij het kiezen van de meest duurzame weg naar een betere toekomst die is gebaseerd op duurzame energie,’ zegt eerste auteur Carlos Felipe Blanco. ‘Om de volledige milieu-impact van een nieuwe technologie te bepalen, moet je kijken naar de volledige levensduur, van productie tot afval.’
De huidige zonnepanelen zijn meestal gemaakt van siliconen. Dit materiaal is goedkoop en niet giftig, maar niet erg efficiënt in het omzetten van zonlicht in elektriciteit. Een nieuwe geavanceerde technologie (de zogeheten III-V silicionen tandemzonnecellen) kan dit een stuk efficiënter. Naast siliconen bevatten deze panelen zeer dunne lage van elementen als gallium, indium en arseen, waardoor ze bijna vijftig procent meer elektrische energie kunnen opwekken. Sommige van de deze elementen zijn echter giftiger dan siliconen en om ze aan te brengen op de zonnecel zijn hoge temperaturen nodig, wat weer grote hoeveelheden energie kost.
Milieu-impact
Momenteel zijn er nog geen zonneparken met de nieuwe III-V siliconenpanelen, omdat deze nog in een vroeg stadium van onderzoek en ontwikkeling zijn. ‘We hebben de potentiële milieu-impact bepaald voor elk stadium in het ‘leven’ van deze geavanceerde cellen’, legt Blanco uit. Op die manier ontdekten de onderzoekers dat de grootste milieu-impact voortkomt uit het feit dat ze geproduceerd worden met elektriciteit afkomstig uit centrales. Zeker wanneer deze centrales nog steeds afhankelijk zijn van steenkool. ‘Dat heeft niet alleen invloed op het klimaat door de uitstoot van CO2, maar de giftige dampen die vrijkomen zijn ook op andere manieren schadelijk voor het milieu.’
Frank Dimroth van het Fraunhofer ISE voegt hieraan toe: ‘Deze impact kunnen we verkleinen door een energiezuiniger productieproces en natuurlijk door te streven naar meer duurzame elektriciteit. Het is verbazingwekkend om te zien dat de milieu-impact van een nieuwe zonneceltechnologie afhangt van de manier waarop we op dit moment onze elektriciteit uit fossiele brandstof produceren.’
De onderzoekers zagen ook dat er bij deze nieuwe technologie – dankzij het hoge omzettingsrendement van de cellen – uiteindelijk minder materialen nodig zijn per eenheid opgewekte elektriciteit. Blanco: ‘Continue innovatie en meer energie-efficiënte technologieën kunnen de milieu-impact van zonnecellen dus zeker verlagen.’
Afwegingen
Blanco en zijn collega’s gebruikten verschillende modellen met allerlei mogelijke scenario’s – van meer innovatief tot conservatief. ‘Door zorgvuldig te framen en een ongekende mate van detail in onze modellen, konden we zeer specifieke richtlijnen opstellen voor technologieontwikkelaars en beleidsmakers. We zagen dat sommige dingen er echt toe doen, maar ontdekten ook dat andere zaken er veel minder toe doen dan we in eerste instantie dachten.’ Zo vormde het gebruik van gallium en arseen uiteindelijk geen groot probleem voor het milieu op het gebied van giftigheid of uitputting van grondstoffen. Er zijn namelijk slechts zeer kleine hoeveelheden nodig zijn en ze komen niet snel in het milieu terecht.
Complexe klus
Het ontwerpen van nieuwe technologieën met het oog op duurzaamheid is een complexe klus, met tal van onvoorziene afwegingen. Blanco: ‘Het is zeer belangrijk dat we zorgvuldig en systematisch nadenken over de gevolgen van onze beslissingen. Dat vereist een grote hoeveelheid data en modellen, maar helpt ons uiteindelijk om processen en apparaten zo te ontwerpen dat we schadelijke effecten voorkomen. Als we alleen kijken naar de potentiële problemen van een nieuwe technologie, missen we wellicht belangrijke kansen in de toekomst.
‘We kunnen nu met vertrouwen zeggen dat de III-V/ siliconen tandem-zonnecellen een grote potentie hebben om de efficiëntie in de toekomst te verhogen. Zo zijn er minder materialen nodig en is er uiteindelijk minder impact op het milieu. We hopen dat deze technologie snel werkelijkheid wordt.’
Dit project is ondersteund door de Europese Unie via het project SiTaSol (EU/727497)