Comment réduire l'impact carbone d'une technologie déjà verte ?

C'est la question que les chercheurs du NREL Hope Wikoff, Samantha Reese et Matthew Reese abordent dans leur nouvel article dans Joule , "Énergie grise et carbone issus de la fabrication de tellurure de cadmium et de silicium photovoltaïque."

Dans cet article, l'équipe se concentre sur les deux technologies photovoltaïques (PV) déployées dominantes :le silicium (Si) et le tellurure de cadmium (CdTe). Ces technologies vertes contribuent à réduire les émissions de carbone et à atteindre les objectifs mondiaux de décarbonisation, mais leurs processus de fabrication peuvent eux-mêmes entraîner des émissions de gaz à effet de serre.

"Les technologies vertes sont géniales, mais comme nous nous efforçons de les développer à une échelle incroyable, il est logique d'examiner de près ce qui peut être fait pour minimiser l'impact", a déclaré Samantha Reese, ingénieur senior et analyste chez Centre d'analyse énergétique stratégique de NREL.

Pour comprendre l'impact global de ces technologies vertes sur les objectifs mondiaux de décarbonisation, l'équipe a regardé au-delà des mesures traditionnelles telles que le coût, les performances et la fiabilité. Ils ont évalué l'énergie et le carbone "incorporés" - l'énergie irrécupérable et les émissions de carbone impliquées dans la fabrication d'un module PV - ainsi que le temps de récupération de l'énergie (le temps qu'il faut à un système PV pour générer la même quantité d'énergie que celle nécessaire pour le produire ).

"La plupart des avancées ont été motivées par le coût et l'efficacité, car ces paramètres sont faciles à évaluer", a déclaré Matthew Reese, chercheur en physique au NREL. "Mais si une partie de notre objectif est de décarboner, alors il est logique d'avoir une vue d'ensemble. Il y a certainement un avantage à essayer de pousser les gains d'efficacité, mais d'autres facteurs ont également une influence en ce qui concerne les efforts de décarbonation."

"L'une des choses uniques qui ont été faites dans cet article est que les perspectives de la fabrication et de la science ont été réunies", a déclaré Samantha Reese. "Nous avons combiné l'analyse du cycle de vie avec la science des matériaux pour expliquer les résultats d'émission pour chaque technologie et pour examiner les effets des avancées futures. Nous voulons utiliser ces résultats pour identifier les domaines où des recherches supplémentaires sont nécessaires."

Le lieu de fabrication et le type de technologie ont tous deux un impact majeur sur le carbone incorporé et représentent deux boutons clés qui peuvent être tournés pour influencer la décarbonisation. En examinant les mélanges de réseaux actuels dans les pays qui fabriquent de l'énergie solaire, les auteurs ont découvert que la fabrication avec un mélange énergétique plus propre, par rapport à l'utilisation d'un mélange riche en charbon, peut réduire les émissions par un facteur de deux. De plus, bien que le Si PV domine actuellement le marché, les technologies PV à couches minces comme le CdTe et les pérovskites offrent une autre voie pour réduire l'intensité carbone d'un facteur supplémentaire de deux.

Cette idée est importante en raison du budget carbone limité disponible pour soutenir l'ampleur attendue de la fabrication photovoltaïque dans les décennies à venir.

"Si nous voulons atteindre les objectifs de décarbonation fixés par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, jusqu'à un sixième du budget carbone restant pourrait être utilisé pour fabriquer des modules photovoltaïques", a déclaré Matthew Reese. "C'est l'ampleur du problème :c'est une énorme quantité de fabrication qui doit être faite pour remplacer les sources d'énergie utilisées aujourd'hui."

Les auteurs espèrent qu'en illustrant l'ampleur du problème, leur article incitera les gens à revoir l'utilisation potentielle des technologies photovoltaïques à couches minces, telles que CdTe, et la fabrication avec des mélanges de réseaux propres.

En fin de compte, il est primordial d'accélérer l'intégration de sources d'énergie à faible émission de carbone dans le mix du réseau électrique.

"L'une des grandes forces du PV est qu'il a cette boucle de rétroaction positive", a déclaré Nancy Haegel, directrice du Centre des sciences des matériaux du NREL. "Au fur et à mesure que nous nettoyons le réseau, en partie en ajoutant plus de PV au réseau, la fabrication de PV deviendra plus propre, faisant du PV un produit encore meilleur."