Comparación de los impactos ambientales entre un nuevo prototipo fotovoltaico de perovskita desarrollado en Colombia y diferentes celdas solares mediante el análisis de ciclo de vida

Abstract

RESUMEN : En este trabajo se presenta el impacto ambiental generado por 1 cm2 de área activa de cinco Celdas Solares de Perovskita (CSP) con una vida útil proyectada a 5 años, mediante la herramienta de Análisis de Ciclo de Vida (ACV), en la cual se contempla las fases de la cuna a la puerta sin considerar, el sistema de montaje, transporte y tratamiento de residuos ya que es una tecnología aún probada en laboratorio. Una de las celdas fue elaborada en Colombia y presenta una configuración Positiva – Intrínseca – Negativa (PIN), mientras que las cuatro celdas restantes, son tomadas de otros estudios internacionales de ACV de CSP y se les calculó el impacto ambiental bajo un contexto local o global en su defecto, dichas celdas presentan una configuración NIP y el uso de distintos materiales y procesos en la elaboración de las mismas. Además de las categorías de impacto ambiental seleccionadas para la evaluación, se definió un indicador de energía. A sí mismo, se hizo una evaluación comparativa de las emisiones Gases Efecto Invernadero (GEI) reportados en la literatura científica de celdas solares comerciales de primera, segunda y tercera generación teniendo como unidad funcional 1 kWh. Por último, se hizo un análisis de sensibilidad de los impactos ambientales relevantes identificadas en el estudio, en función de la variación de la vida útil. Como resultado se halló que la celda elaborada en Colombia genera los menores impactos ambientales de las cinco celdas evaluadas mediante el ACV, debido a su menor requerimiento energético reportado para la síntesis de la CTH, CET y CED, y a la menor cantidad materiales contaminantes usados en la elaboración de la celda, en comparación con los utilizados en las cuatro celdas tomadas de la literatura. En el caso de la CED se obtuvo un menor impacto para la celda colombiana debido al uso de ITO en vez de FTO, para la CET debido al uso de plata en vez de oro, por último, para la CTH debido al método de disposición usado (precipitación química) para la sustancia que lo compone (NiOx). El indicador energético permitió establecer, además, que bajo un contexto colombiano y global se utiliza una mayor cantidad de energía en los procesos en nuestro país. A partir del análisis de sensibilidad se concluyó que las CSP evaluadas podrían tener competitividad ambiental en comparación con las celdas solares comerciales en términos de emisiones de GEI, si se aumenta la vida útil por encima de los 10 años. Por otro lado, la evaluación entre las cinco celdas permitió establecer que se pueden disminuir los impactos de la celda colombiana, cambiando algunos materiales como la plata, cambiando la técnica de disposición (spin coating) y reduciendo el gasto energético en algunos procesos (GB) entre otros. Finalmente, aunque el estudio de impacto ambiental mediante el ACV ofrece un panorama de la competitividad ambiental de este tipo de tecnología, aún quedan por responder a futuro, las limitaciones actuales que se presentan debido al acceso a la información como lo, métodos de medición de entradas y salidas y fases aún no contempladas debido al punto de desarrollo en cual se encuentra esta tecnología y las herramientas disponibles.

ABSTRACT : This paper presents the environmental impact generated by 1 cm2 of active area of five different Perovskite Solar Cells (PSC) with a projected useful life of 5 years, through the Life Cycle Analysis (LCA) tool, considering the phases from the cradle to gate without considering the assembly, transport and waste treatment system since it is a technology still tested in the laboratory. One of the cells was elaborated in Colombia and presents a Positive – Intrinsic – Negative (PIN) architecture, while the remaining 4 cells are taken from other international LCA studies of CSP, whose inventory was modified and the environmental impact was calculated under a local or global context in each case, these cells present a NIP configuration. In addition to the selected environmental impact categories, an energy indicator was defined. At the same time, a comparative evaluation of the Greenhouse Gas (GHG) emissions reported in the scientific literature of first, second and third generation commercial solar cells was made, having 1 kWh as a functional unit. Last, a sensitivity analysis of the relevant environmental impacts in the study was identified based on the variation of the useful life. As a result, it was found that the cell manufactured in Colombia generates the lowest environmental impacts of the 5 cells through LCA, due to its lower reported energy requirement for the synthesis of CTH, CET and CED, and the lower amount of polluting materials used. in the elaboration of the cell, in comparison with those used in the four 4 taken from the literature. In the case of the CED, a lower impact was obtained for the Colombian cell due to the use of ITO instead of FTO, for the CET due to the use of silver instead of gold, and finally, for the CTH due to the disposal method used (chemical precipitation) for the substance that integrate it (NiOx). The energy indicator also made it possible to establish that, in a Colombian and global context, a greater amount of energy is used in the processes in our country. Since the sensitivity analysis, it was concluded that the CSP evaluated could have environmental competitiveness compared to commercial solar cells in terms of GHG emissions, if the useful life is increased above 10 years. On the other hand, the evaluation among the five cells made it possible to establish that the impacts of the Colombian cell can be reduced, changing some materials such as silver, changing the disposal technique (spin-coating) and reducing energy expenditure in some processes (GB) among others. Finally, although the environmental impact study through LCA offers an overview of the environmental competitiveness of this type of technology, the current limitations that arise due to access to information such as measurement methods of inputs and outputs and phases not yet contemplated due to the development stage of this technology and the tools available.