En busca de una economía circular para los paneles solares

La revista Advanced Materials publica una interesante investigación en el campo de la energía solar. Un equipo de científicos de la Agencia para la Ciencia, Tecnología e Investigación (A*STAR) y la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) habría encontrado una panacea para un problema en crecimiento que acusa el sector de los paneles solares.

Una montaña de basura de paneles solares

A pesar de lo importante de su labor dentro del ciclo de energía limpia en nuestra sociedad y economía, los paneles solares son piezas complejas de tecnología que, con el paso del tiempo, acaban convertidas en hojas grandes y voluminosas de desechos electrónicos una vez que han terminado su vida útil o llegado al final de su funcionamiento.

Teniendo en cuenta que pueden funcionar durante unos 30 años y que ha sido un sector en crecimiento en los últimos años, está más que claro que vamos a acabar con una montaña gigantesca de basura proveniente de paneles solares dentro de unos años. De hecho, se espera que los desechos globales de los paneles solares al final de su vida útil alcancen los 8 millones de toneladas para 2030 y los 80 millones de toneladas para 2050. No es una cantidad que pase desapercibida.

"Hemos demostrado que podemos producir materiales valiosos que son de alta calidad y útiles en la fabricación de componentes de energía renovable"

Hasta ahora, reciclar paneles solares es un proceso complejo a la par que costoso, pues los paneles están compuestos de celdas solares con una mezcla de aluminio, cobre, plata, plomo, plástico y silicio (el silicio constituye el 90 por ciento de las células solares y normalmente termina en los vertederos). Separar dichos materiales y reciclarlos cada uno de manera única es un proceso demasiado complicado y caro.

¿Cómo solucionar este problema?

Para hacer frente a un nuevo contratiempo ecológico, este equipo de científicos ha desarrollado un método que permitiría transformar los paneles solares caducados o viejos en un material termoeléctrico novedoso de recolección de energía de alto rendimiento que respondería absorbiendo el calor y transformándolo en electricidad.

"Este estudio demuestra que la termoeléctrica es un terreno fértil para reciclar defectos y semiconductores sensibles a las impurezas", comentó Ady Suwardi, líder del equipo del Instituto de Investigación e Ingeniería de Materiales (IMRE) de A*STAR. “Nuestro objetivo es crear materiales sostenibles, extender el ciclo de vida de varios productos y reducir los desechos para cultivar una economía circular, y solo podemos hacerlo a través de la asociación con institutos de educación superior y otros colaboradores del ecosistema local de I+D”, agregó Jing Wu, coautor del estudio.

Para identificar la combinación ideal de materiales, los científicos de A*STAR y el Instituto de Computación de Alto Rendimiento (IHPC) aportaron su área de experiencia en modelado computacional y propiedades de los materiales para dar con ellos.

A la búsqueda de los mejores 'ingredientes'

Reciclar uno de sus componentes vitales, el silicio, es un reto y, por aumentar la problemática, el silicio reciclado tiene impurezas y defectos, que no se pueden usar para crear células solares funcionales. Los investigadores aprovecharon esta limitación para crear una tecnología en la que la incorporación de impurezas y defectos sirve para mejorar el resultado en lugar de disminuir su rendimiento.

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Los investigadores molieron las células solares hasta convertirlas en un polvo fino, lo que les permitió impartir propiedades termoeléctricas como la conversión de energía y la eficiencia de enfriamiento al silicio desechado. A este subproducto le añadieron polvo de fósforo y germanio, con la intención de cambiar sus propiedades originales antes de tratar la mezcla de polvo mediante sinterización por chispa de plasma a alta temperatura. ¿Qué obtuvieron? Un material con un rendimiento termoeléctrico más optimizado, con una cifra de mérito termoeléctrica (zT) récord de 0,45 a 873 K, que es la mejor entre las termoeléctricas de silicio elemental.

La economía circular en la industria de los paneles solares sería posible gracias a este nuevo avance.

“Aprovechando nuestras técnicas de recuperación de recursos y en colaboración con A*STAR, hemos demostrado que podemos producir materiales valiosos que son de alta calidad y útiles en la fabricación de componentes de energía renovable, que en este caso, es el desarrollo de un alto material termoeléctrico de alto rendimiento que puede recolectar calor y convertirlo en electricidad", aclaró Nripan Mathews, Director del Grupo de Energías Renovables y Generación Baja en Carbono en el Instituto de Investigación Energética de NTU Singapur.