2013 m. buvo išleista knyga pavadinimu „Neįvertintos atsinaujinančių energijos šaltinių pasekmės“ (angl. Unintended Consequences of Renewable Energy), kurios autoriumi yra Norvegas Otto Andersen. Šioje knygoje rašoma apie pasekmes, kurios gali atsirasti masiškai diegiant atsinaujinančių energijos šaltinių sistemas. Knygos autorius taip pat akcentuoja į tai, jog būtina imtis priemonių, kurios greitai ir efektyviai leis nustatyti naujų sprendimų neigiamą įtaką, kol jį dar nepadarė žalos natūraliai aplinkai.

Terminas „neįvertintos pasekmės“ reiškia tai, jog atsinaujinančios energetikos šalininkai siekia naudos sau ir nemąsto apie galimas neigiamas pasekmes ateityje. Tiesiogiai apie žaliąją energetiką yra kalbama knygoje „Green Technology“ (aut. Ozzie Zehner, 2011), kurioje pažymima, jog neįvertinta naujų technologijų galima neigiama įtaka gamtai gali dalinai arba visiškai pakeisti atsinaujinančios energetikos lūkesčius.

Vadovaudamiesi įvairiais informacijos šaltiniais, surinkome ir šiame straipsnyje pateikiame potencialias kenksmingų medžiagų emisijas, kurios gali  būti išmetamos į aplinką per visą saulės fotoelektrinių modulių gyvavimo ciklą.

Saulės modulių gamybos etapas

Nors iš pirmo žvilgsnio gali atrodyti, jog saulės fotoelektrinių modulių panaudojimas elektros energijos gamybai nepadaro jokio neigiamo poveikio aplinkai, vis tik saulės modulių gamybos ir utilizavimo etapuose neišvengiamai vyksta kenksmingų substancijų emisija. Saulės fotoelektrinių modulių gamybos proceso metu yra naudojamas didelis įvairiausių toksinių cheminių medžiagų ir sprogių junginių kiekis. Todėl galima padaryti prielaidą, jog didelė konkurencija skatina saulės modulių gamintojus mažinti gamybos savikainą ekologijos ir darbo saugos sąskaita. Pasitaiko tokių saulės modulių gamyklų, kuriose neprisilaikoma elementarių saugos reikalavimų ir neinvestuojama į technines priemones, mažinančias kenksmingų medžiagų emisiją. Maža to, fotovoltinė pramonė yra viena iš tų gamybos šakų, kuri į aplinką išmeta daugiausiai fluoro junginių: heksafluoretanas (C2F6), azoto tri-fluoridas (NF3) ir sieros heksafluoridas (SF6).  Jeigu CO2 šiltnamio efekto potencialas yra lygus 1, minėtų junginių šiltnamio potencialas yra 9 100, 17 200 ir 39 800 CO2 molekulių. Fotovoltinėje pramonėje SF6 fluoro junginys yra pagrinde naudojamas šalinant pažeidimus, kurie atsiranda pjaustant kristalinio silicio lydinius.

Šiuolaikiniai fotoelektrinių celių gamybos procesai reikalauja labai didelio vandens kiekio panaudojimo. Po kiekvieno cheminio apdirbimo etapo celės nuo cheminių junginių yra nuplaunamos vandeniu. Saulės modulių gamintojas, kuris per metus pagamina 1,4 GW saulės modulių, deklaruoja, jog per vieną gamybinio proceso minutę jis sunaudoja 15 000 litrų vandens. Toks didelis užteršto vandens kiekis turi būti valomas, kas natūraliai turėtų įeiti į saulės modulių savikainą. O ar tas vanduo tikrai yra valomas, mums belieka tik spėlioti ir tikėti tuo.

Saulės jėgainės gaisro grėsmė

Fotovoltinės sistemos yra labai įvairios, tačiau visos jos nėra labiau pavojingos už tradicines elektros instaliacijas. Remiantis Fraunhofer instituto duomenimis, per pastaruosius 20 metų buvo įrengta 1,3 milijono fotovoltinių sistemų, iš kurių 350 instaliacijų ištiko gaisrai ir iš kurių tik 120 instaliacijų užsidegė dėl pačios sistemos techninio gedimo ar avarijos. Tačiau klausimas kyla dėl kadmio emisijos fotovoltinės instaliacijos gaisro metu. Plonasluoksniai saulės moduliai yra gaminami iš kadmio telurido (CdTe) ir kadmio sulfido (CdS). CdTe saulės moduliuose kadmio kiekis yra 6,55 g Cd/m2 – 66,4 g Cd/m2 (vidutiniškai 14 g Cd.m2). 120 cm x 60 cm matmenų CdTe saulės modulis turi 18 g CdTe/m2 ir 0,483 g CdS/m2. Tai reiškia, jog standartinis CdTe modulis turi mažiau, nei 7 g kadmio, o toks mažas jo kiekis yra plono CdTe sluoksnio dėka (7 mikrometrai). Tipinis CdTe modulis yra gaminamas iš plonų aktyvinių sluoksnių ir puslaidininkinės medžiagos, kurie yra uždaryti stikliniame korpuse. Įvykus tipiniam gaisrui, kurio standartinė temperatūra yra 760 – 1100 C, virš 99% kadmio liks išsilydžiusiame stikle. Šias išvadas patvirtino laboratoriniai tyrimas. Tai reiškia, jog fotovoltinės sistemos gaisro metu kadmio emisija yra visiškai nekenksminga žmogaus organizmui. Mirtina kadmio dozė yra 40 mg/m3, kai emisijos trukmė yra virš 1 val. 500 m2 ploto fotovoltinės instaliacijos gaisro metu kadmio koncentracija ore 100 m atstumu nuo gaisro žydinio buvo išmatuota tik 0,23 mg/m3.

Kenksmingų medžiagų emisija utilizuojant arba perdirbant saulės modulius

Numatomas saulės fotoelektrinių modulių tarnavimo laikas yra apie 30 metų. Kai kurie šaltiniai teigia, jog aktyvinio sluoksnio patalpinimas tarp dviejų stiklų (technologija stiklas-stiklas), gali prailginti saulės modulio tarnavimo laiką iki 40 metų. Taip pat yra nustatyta, jog toks sprendimas saugo modulius nuo mechaninio poveikio ir celių trūkinėjimo. Taigi, kyla natūralus klausimas ką su saulės moduliais darysime po 30 – 40 metų. Išmesti į sąvartyną prieštarautų draugiško aplinkai energijos šaltinio koncepcijai. Belieka tikėtis, jog per tą laiką Lietuvoje atsiras gamyklos, kurios supirkinės ir perdirbinės susidėvėjusius saulės modulius arba tiesiog saugiai juos utilizuos, pasiliekant sau vertingus cheminius junginius. Ir kad tos gamyklos prisilaikys visų kenksmingų medžiagų emisijos normų ir standartų.

Palyginimas su kitais energijos šaltiniai

Paminėjome plonasluoksnius CdTe modulius ir kadmio bei jo junginių emisiją į atmosferą. Tačiau tai visai nereiškia, jog kadmio telurito pagrindu gaminami saulės moduliai ženkliai prisideda prie bendros kadmio emisijos. Lyginant įvairius energijos šaltinius, kadmio emisijos dydis yra susijęs pagrinde su konkretaus gaminio gamybos proceso metu sunaudotais energetiniais resursais ir konvertuojant pradinę energijos rūšį į elektros energiją. Todėl, priklausomai nuo konkrečios šalies energetikos ūkio, kadmio emisija yra skirtinga. Toliau pateiktame paveiksle pavaizduota kadmio emisija gramais, perskaičiuota 1 kWh pagamintos elektros energijos.

 

Įvairių elektrinių kadmio emisijos palyginimo grafikas

Atkreipkite dėmesį, jog plonasluoksniai CdTe saulės moduliai turi ženkliai mažesnę kadmio emisiją, lyginant su silicio polikristaliniais moduliais. Tai yra susiję būtent su tuo, jog polikristalinių saulės modulių gamybai yra sunaudojama žymiai daugiau energetinių resursų.

Panašų palyginimą galima atlikti pagal šiltnamio efektą sukeliančias dujas. Pabrėžtina, jog šiltnamio dujos yra perskaičiuojamos į anglies dvideginį.

Grafike pavaizduota raudona spalva reiškia tai, jog vertinant įvairius šaltinius, vienareikšmiško ir pagrįsto atsakymo neaptikome.

CCGT – tai kombinuoto ciklo (garo-dujų) dujinė turbina, CCS – elektrinėse naudojama technologija, leidžianti iki galo sudeginti iš išmetamų dūmų perimtą anglies dvideginį, CHP – šiluminė elektrinė.

Lyginant su tradiciniais energijos šaltiniais fotoelektra nėra dideliu gamtos teršėju. Tiesa, saulės jėgainių šiltnamio dujų emisija yra didesnė už atominių ir vėjo elektrinių, tačiau prognozuojama, jog ateityje ji sumažės iki 15 g CO2-eq/kWh (šiuo metu 41 g). Pabrėžtina, jog emisija fotovoltinėms sistemoms buvo apskaičiuota pagal Pietinės Europos duomenis, kur saulės spinduliuotė yra palankesnė, lyginant su Vidurine Europa. O tai reiškia, jog buvo vertinamas didesnis pagaminamos energijos kiekis ir automatiškai gavosi mažesnė šiltnamio dujų emisija kiekvienai pagamintos energijos kilovatvalandei, vertinant visą sistemos gyvavimo ciklą.

Šiltnamio dujų emisija skirtingais saulės jėgainės gyvavimo etapais

Pateiktame paveiksle yra pavaizduotas saulės ir anglies elektrinių CO2 emisijos palyginimas per visą elektrinių gyvavimo ciklą. Anglies elektrinės atveju virš 98% šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijos atitenka elektrinės eksploatacijos laikotarpiui. Kiekviena pagaminta kilovatvalandė prisideda prie 1000 g CO2-eq emisijos. Tuo tarpu statybos ir elektrinės utilizavimo laikotarpiais CO2 emisija yra mažesnė, nei 2 g. Visiškai priešingai yra su fotovoltinėmis sistemomis. Čia 60-70% emisijos, tai procesai, susiję su saulės modulių gamyba ir žaliavų gavyba. Elektrinės eksploatacijos laikotarpiui atitenka apie 25% emisijos. Tačiau reikia turėti omenyje tai, jog saulės elektrinių atveju šiltnamio dujų emisija kiekvienai elektros energijos kilovatvalandei yra apie 25 kartus mažesnė.

Išvados

Straipsnyje išvardinti fluoro junginiai, kurie turi labai aukštą, stipriai lenkiantį anglies dvideginio, šiltnamio potencialą, iš pirmo žvilgsnio yra beveik nežymūs šiltnamio dujų emisijos kontekste, vertinant visą jėgainės gyvavimo ciklą. Tačiau reikia turėti omenyje tai, jog pastoviai besivystanti fotovoltinių sistemų pramonė ir labai didelė konkurencija fotoelektrinių celių rinkoje padidina į aplinką patenkančių nekontroliuojamų kenksmingų medžiagų riziką.

Fotovoltinė pramonė turi dar daug neišspręstų problemų. Kaip dvi pagrindines galima įvardinti energetinių resursų mažinimas gamybos metu ir saulės modulių naudingumo koeficiento didinimas.

Šis straipsnis buvo parengtas remiantis tokiais šaltiniais:

  1. Fire Protection in Photovoltaic Systems – Facts replace Fiction. Results of Expert Worksho. Freiburg, February 12, 2013.
  2. Berechnung von Immssionen beim Brand einer Photovoltaik – Anlage aus Cadmiumtellurid-Modulen. Bayerisches Landesamt fur Umwelt. 2011.
  3. solonwat.com
  4. Alsema EA (2000) Energy pay-back time and CO2 emission of PV systems.
  5. Otto Andersen. Unintended Consequences of Renewable Energy – Problems to be Solved. ISBNS 978-1-4471-5531-7.
  6. Glas-Glas-Module verlaegern Lebensdauer von Solarmodulen. Tim Schopp. Fach. Journal 2013.
  7. M. Fthenakis. End-of-life management and recycling of PV modules. Energy Policy 2000.
  8. recal.org.pl
  9. Michael Held. LIfe Cycle assesment of CdTe Module Recycling. University of Stuttgard.
  10. Alsema, Fthenakis, Wild-Scholten. Environmental Impacts of PV Electricity Generation – a Critical Comparison of Energy Supply Options. Dresedn, Germany 2006.
  11. A guide to life-cycle greenhouse emission (GHG) from electric supply technologies. Daniel Weisser. PESS/IAEA. Ausrtria.
  12. Life Cycle Greenhouse Gas Emissions from Solar Photovoltaics. National Renewable Energy Laboratory 2012.

Jeigu norite palikti komentarą po šiuo straipsniu, rinkitės vieną iš galimų komentavimo sistemų (Facebook arba Disqus):


Komentarai

Susiję įrašai

Saulės fotoelektriniai moduliai

Karšti taškai (HOT – SPOT)

Saulės modulių atskirose gamybos etapuose fotoelektrinės celės yra veikiamos įvairių cheminių medžiagų, aukštos temperatūros ir mechaninių įtempimų. Visi šie veiksniai gali privesti prie fotoelektrinių celių mikro įtrūkimų, kuriuos yra sudėtinga arba net neįmanoma aptikti atliekant Plačiau ...

Saulės fotoelektriniai moduliai

Kaip nustatyti saulės modulių kokybę?

Saulės fotoelektrinės celės, iš kurių yra pagamintas saulės modulis, yra rūšiuojamos pagal tris kokybės klases. A klasė (angl. grade A) – celės be jokių trūkumų B klasė (angl. grade B) – celės su nežymiais trūkumais Plačiau ...

Saulės fotoelektriniai moduliai

Ar verta pirkti saulės modulius su defektais?

Lietuvos saulės fotoelektrinių modulių rinka yra viena pigiausių Europoje, kadangi saulės moduliai sudaro 50% visos instaliacijos kainos (jėgainė be akumuliatorių) ir dauguma suinteresuotų statyti saulės jėgaines, dairosi pigesnių variantų. Pigių saulės modulių paklausa automatiškai skatina Plačiau ...