A energia solar pode ver a luz com *perovskita?
04/04/2017
4 de abril de 2017
Por Tom Green
Uma das grandes questões para o futuro da humanidade é: como forneceremos suficiente energia limpa e abundante para sustentar uma crescente população global? No seu valor nominal, a grande questão tem uma resposta simples: energia solar. Em teoria, a demanda do mundo poderia ser satisfeita por apenas uma milésima da energia do sol que chega na superfície terrestre. Na prática, a energia solar representou 1,1% da geração mundial de energia em 2015. Para reduzir a distância entre a teoria e a prática, precisamos olhar para as tecnologias de próxima geração que podem levar a energia solar para o mainstream. E a tecnologia com o maior potencial esta na perovskita.
Quão urgente é o problema? Muito. A indústria global de energia está em um ponto de inflexão.
O Panorama da Energia da em 2016 mostrou que o PIB mundial deverá mais que dobrar em 2035. Impulsionado pelas economias emergentes da Ásia - com a China ea Índia projetadas para representar metade do aumento do PIB - esse crescimento significa que mais energia será necessária. De fato, a BP espera um aumento de 34% no consumo de energia até 2035. Esta pesquisa tem muito apoio. A mais recente Perspectiva Mundial da Energia da Agência Internacional de Energia prevê que a industrialização e urbanização de áreas na Ásia, América Latina e na região MENA provavelmente resultará em um aumento de 30% na demanda global de energia até 2040.
No entanto, 86% da demanda global de energia foi atingida por combustíveis fósseis em 2014. Isso é uma maioria considerável. Então, com o que vamos substituir essa fonte de energia? Quase todos os especialistas do setor apontando para solar. A BNEF (Bloonberge New Energy Finance) espera que 68% da nova capacidade de eletricidade venha de energia solar nos próximos 25 anos.
O problema:
A energia solar já é uma história de sucesso. Uma estimativa de 16 GW de capacidade solar foi instalada globalmente em 2010, que subiu para um enorme 75 GW no ano passado. Em grande parte, isso se deve à queda dos custos de silício - de US $ 475 / kg em 2008 para menos de US $ 20 / kg em 2015. Isso significou tarifas mais baratas também - tão baixas quanto US $ 0,03 por KW / h em Dubai. Em todo o mundo, a energia solar tem sido catapultado para a ribalta como a tecnologia de geração renovável de escolha.
Em função dos custos do silício estarem tão baixos, os fabricantes estão enfrentando a lei de retornos decrescentes, já que milhões investidos em processos de fabricação aperfeiçoados, geram lucros menores e menores. Uma célula produzida em massa média de 17 por cento eficiência agora custa cerca de US $ 0,30 por watt com base em uma célula de 4,5 W. A célula de silício padrão provavelmente atingiu seu limite.
Ao mesmo tempo, o apoio aos subsídios anteriores foi reduzido ou retirado em muitos lugares - como o regime de tarifas de alimentação do Reino Unido. 2016 foi um ano recorde para a tecnologia com meio milhão de painéis solares instalados todos os dias. As instalações solares continuaram - especialmente nas partes mais ensolaradas do mundo. Mas o ritmo em lugares como o Reino Unido tem reduzido. Dados governamentais mostram que a nova capacidade solar de 4,1 GW foi instalada em 2015, que foi reduzida para apenas 1,8 GW em 2016.
Em termos globais, a energia solar é uma tecnologia que está à beira da auto-suficiência: ela pode ficar de pé, mas seria mais estável se os subsídios tivessem continuado um pouco mais ou um avanço tecnológico surgisse. Com os subsídios verdes muitas vezes usados como “futebol político” (apesar do fato de que, globalmente, os combustíveis fósseis receberam US $ 0,5 trilhão em 2014 - quatro vezes mais do que as energias renováveis), a aposta mais segura é a busca de novas tecnologias.
A solução
Esse avanço tecnologico poderia ser muitas coisas - e provavelmente virá de uma mistura de tecnologias. As redes inteligentes apoiarão a geração e o armazenamento descentralizados,e irão peneirar os picos e as depressões na oferta renovável. Mas, se uma coisa é certa, é que o futuro trará novas tecnologias, ainda não imaginadas, para destruir o livro de regras. Por enquanto, porém, há uma inovação inovadora que está perto da comercialização - que pode desbloquear o verdadeiro potencial da energia solar: a perovskita.
As perovskitas são estruturas minerais com propriedades fotovoltaicas superiores. Eles capturam mais da luz no espectro eletromagnético do que o silício, o que significa que eles podem aproveitar muito mais energia do sol do que a tecnologia atual.
A eficiência solar de células usando perovskita aumentou de 3,8 por cento em 2009 para 21 por cento em 2017. Avanços semelhantes para o silício levou décadas, tornando perovskita a tecnologia mais rápida de melhoramento solar desenvolvido até à data. Preocupações em torno de durabilidade e estabilidade quando em contato com a umidade revelou-se uma barreira precoce, mas indicações recentes são de que estes foram superados, e agora perovskita está pronto para o seu tempo.No entanto, não há nenhuma razão para se pensar numa competição entre perovskites esilício. Porque as perovskites podem capturar partes diferentes do espectro claro, os ganhos enormes podem ser feitos combinando as tecnologias em pilhas do perovskita-silicio. Isso significa construir um novo processo sobre os grandes passos de fabricação feitos com o silício até o momento, e utilizar as cadeias de abastecimento que levaram anos e milhões de dólares para estabelecer.
A adição de uma camada de perovskite às células de silício introduz um custo de fabricação adicional, porém isso é mais do que compensado pelos ganhos obtidos na eficiência da célula.
Por exemplo, em 2015, o custo médio de instalação para um sistema fotovoltaico nos EUA, ponderado em termos de utilidade, comercial e residencial no telhado solar, tinha um custo médio por watt de US $ 1,88. A adição de uma camada de perovskita de película fina empurra o custo da célula para cima um pouco. No entanto, esta camada extra aumenta a eficiência em pelo menos 20 por cento. Isso é um custo por watt redução de US $ 0,27, 15 por cento. Isso pode não parecer muito, mas em escala os números são impressionantes. Em 1 GW, uma economia de US $ 0,27 por watt equivale a uma economia de US $ 270 milhões.
Coloque isso no contexto dos 75 GW de capacidade instalados em 2016 em todo o mundo. A economia seria contada em bilhões.
*A Perovskita (óxido de cálcio e titânio, CaTiO3), é um mineral relativamente raro ocorrendo na forma de cristais ortorrômbicos (pseudocúbicos). A perovskita ocorre em rochas metamórficas e associada a intrusões máficas, a sienitos nefelínicos e raramente a carbonatitos. A perovskita foi descoberta nos montes Urais da Rússia por Gustav Rose em 1839, e foi nomeado em homenagem ao mineralogista russo Lev A. Perovski (1792-1856).
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