Spotlight März 2023: Wie kann Photovoltaik sicher und nachhaltig gestaltet werden?

Herkömmliche Photovoltaik-Anlagen haben oft nur einen geringen Wirkungsgrad, d.h. nur ein Bruchteil der Sonnenenergie wird in elektrische Energie umgewandelt und nutzbar gemacht. Aus diesem Grund wird an innovativen Materialien geforscht, die die Energieausbeute deutlich erhöhen können und damit auch die Gewinnung von mehr elektrischer Energie aus regenerativen Quellen ermöglicht. Die meisten dieser Materialien enthalten jedoch giftige Schwermetalle, wie z.B. Blei-Perowskit-Materialien (Materialtext Perowskite) oder Blei-Quantenpunkte.
Der Übersichtsartikel beschäftigt sich mit der Fragestellung, wie diese neuartigen Photovoltaik-Materialien zukünftig nachhaltiger (Grundlagentext Nachhaltigkeit) gestaltet werden können. Dazu wird neben den Freisetzungsszenarien von Blei aus Solarzellen durch Umwelteinflüsse auch ihre Toxizität für Mensch und Umwelt betrachtet, sowie Vermeidungsstrategien aufgezeigt, die eine Freisetzung von Blei effektiv verhindern können. Diese bestehen beispielsweise darin, den Bleigehalt in den Photovoltaik-Modulen zu reduzieren oder Blei durch andere, weniger kritische Elemente zu ersetzen (z.B. Zinn). Außerdem gibt es die Möglichkeit Solarzellen zu beschichten oder die Bleihaltigen Bestandteile zu verkapseln und somit vor den Einflüssen von Wind, Regen und Hitze zu schützen. Ebenso können Zusatzstoffe zur Stabilisierung eingesetzt werden (z.B. Fullerene). Dadurch kann die Freisetzung von Blei in die Umwelt effektiv verhindert werden.
Abschließend werden Recycling-Verfahren zusammengefasst, die die Rückgewinnung des Bleis und seine Wiederverwendung in neuen Produkten ermöglichen. Diese Verfahren können enorme ökologische und ökonomische Vorteile haben, da die Freisetzung von Blei in die Umwelt aus Müll vermieden wird, und die Wiederverwendung des Bleis für neue Produkte nachhaltig im Sinne des Kreislaufwirtschaftens ist. Hier wird deutlich, dass viele der vorgestellten Recyclingverfahren auf dem Einsatz von großen Mengen verschiedener Lösungsmittel beruhen, was ebenfalls kritisch zu bewerten ist. Die Autoren stellen dar, dass für ein effektives und nachhaltiges Recycling noch weitere Forschungsarbeiten notwendig sind und regen an, dass die Recyclingkosten für eine ökonomische Betrachtung von Bleihaltigen Solarmaterialien mit berücksichtigt werden sollten.
Dieser Artikel bietet eine umfassende Übersicht, wie für die Energiewende notwendige solare Materialien mit höherem Wirkungsgrad, aber mit kritischen Schwermetallen nachhaltiger gestaltet werden könnten, und die Autoren umreißen den zukünftigen Forschungsbedarf zu diesen noch in der Entwicklung befindlichen Materialien.

Original-Publikation:
Xingwen Lu, Dong Yan, Jiangtao Feng, Meng Li, Bo Hou, Zhe Li, Fei Wang
Ecotoxicity and Sustainability of Emerging Pb-Based Photovoltaics. Sol. RRL 2022, 6, 2200699